專利名稱：采用直接數(shù)字合成器的系統(tǒng)的制作方法
采用直接數(shù)字合成器的系統(tǒng)本發(fā)明涉及將直接數(shù)字合成器(DDQ用于信號(hào)生成或處理的系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及相干地處理由DDS所產(chǎn)生的信號(hào)的系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)對(duì)多個(gè)這樣的信號(hào)進(jìn)行積分。 這樣的系統(tǒng)可包括雷達(dá)系統(tǒng)，通常為CW雷達(dá)或調(diào)制CW雷達(dá)。在雷達(dá)系統(tǒng)中，噪聲可能從若干不同的源出現(xiàn)。例如，由于原子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)而由材料產(chǎn)生的熱噪聲，并且因此具有直接與溫度成比例的噪聲功率。其他噪聲源在雷達(dá)系統(tǒng)的電子設(shè)備中產(chǎn)生。這些噪聲中的一些本質(zhì)上還可能是隨機(jī)的并且通常將具有高斯分布，而其他一些可能是由例如來(lái)自雷達(dá)中的組件或子系統(tǒng)的不希望有的或假的輸出引起的并且本質(zhì)上可能不是隨機(jī)的。很多類型的雷達(dá)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用來(lái)從一個(gè)區(qū)域取得多個(gè)測(cè)量結(jié)果并且用來(lái)以某種方式一起處理所述多個(gè)測(cè)量結(jié)果。這常常包括積分階段，其中一般為了提高信噪比并且因此提高檢測(cè)能力，從所述區(qū)域接收的信號(hào)返回值被累加在一起。一般相干地進(jìn)行這種累加， 即其中信號(hào)返回值的相位和幅度兩者都被考慮在內(nèi)。相干積分是有益的在于它給出了減小某些類型的噪聲的影響的改進(jìn)的能力。由于實(shí)質(zhì)上與存在于所述返回值中的每一個(gè)上的隨機(jī)相位耦合的累加的矢量性質(zhì)，當(dāng)在足夠長(zhǎng)的周期內(nèi)被積分時(shí)，性質(zhì)更隨機(jī)的噪聲將傾向于被消除。另一方面，由于信號(hào)返回值全都傾向于是同相的，所以例如來(lái)自目標(biāo)的信號(hào)將傾向于在積分之后繼續(xù)存在。出于同樣的原因，非隨機(jī)性質(zhì)的噪聲將常常傾向于在積分之后繼續(xù)存在。諸如頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)的系統(tǒng)通常將被布置用來(lái)將一系列信號(hào)傳輸?shù)揭粋€(gè)區(qū)域中，并且用來(lái)接收來(lái)自目標(biāo)的對(duì)所述信號(hào)的反射(無(wú)論它們是所希望的目標(biāo)或是雜波)。信號(hào)通常將是線性頻率掃描(linear frequency sweep)，所述線性頻率掃描就它們的起始和終止頻率而言每個(gè)都具有相同的屬性。雷達(dá)將如上面所討論的那樣對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行積分以提高信噪比。要被積分的信號(hào)的數(shù)量將取決于系統(tǒng)參數(shù)，諸如產(chǎn)生單個(gè)頻率掃描所花費(fèi)的時(shí)間并且(對(duì)于旋轉(zhuǎn)的或電子掃描的雷達(dá)而言)取決于在目標(biāo)區(qū)域上的駐留時(shí)間。通常，系統(tǒng)在它的處理中可以在16到IOM個(gè)信號(hào)之間進(jìn)行積分，并且那些信號(hào)在其內(nèi)被生成和處理的時(shí)間間隔被稱為積分時(shí)間。由于DDS器件固有的靈活性以及對(duì)它們的輸出參數(shù)的精確控制，雷達(dá)系統(tǒng)越來(lái)越多地使用包含DDS器件的信號(hào)生成技術(shù)。DDS器件允許復(fù)數(shù)調(diào)制信號(hào)簡(jiǎn)單地和可重復(fù)地生成。這樣的器件的輸出通常不但包括所需要的信號(hào)(在此被稱為主要輸出)，而且還將包括其他信號(hào)，這些其他信號(hào)是DDS的操作的偽產(chǎn)物。所述偽產(chǎn)物包括幅度一般低于所希望的信號(hào)很多個(gè)數(shù)量級(jí)(通常為_60dBc到-SOdBc)的不希望有的信號(hào)，并且所述信號(hào)出現(xiàn)在確定的頻率，所述頻率中的一些可能與主要輸出諧波相關(guān)而其他一些則可能不相關(guān)。這些一般被稱為雜散(spur)。由于它們與所需要的信號(hào)相比通常十分小，因此它們常常不會(huì)造成任何問題。然而，對(duì)于一些應(yīng)用，所述雜散對(duì)系統(tǒng)性能可能具有顯著的負(fù)面影響。一個(gè)這樣的應(yīng)用是在CW雷達(dá)中，其中DDS器件可被用于調(diào)制本地振蕩器(LO)來(lái)生成要被傳輸?shù)男盘?hào)。在這樣的系統(tǒng)中，存在于DDS輸出上的雜散還將調(diào)制L0，所述LO具有增加雷達(dá)的明顯噪底的作用，這可能意味著更小的目標(biāo)更加難以被檢測(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，采用直接數(shù)字合成器(DDS)的系統(tǒng)被提供，所述系統(tǒng)適于使用所述DDS為傳輸提供調(diào)制信號(hào)，所述調(diào)制信號(hào)至少包括在積分周期內(nèi)生成的、時(shí)間上(temporally)后面有一個(gè)或多個(gè)后續(xù)信號(hào)的第一信號(hào)，所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)具有相似的主要頻率特征，每個(gè)信號(hào)都具有相關(guān)聯(lián)的起始相位，所述系統(tǒng)還包含用于對(duì)從所述第一調(diào)制信號(hào)和后續(xù)調(diào)制信號(hào)得到的信號(hào)進(jìn)行積分的積分器；
所得到的信號(hào)由通過(guò)將每個(gè)信號(hào)與其自身的延遲版本混頻(mix)所產(chǎn)生的中頻(IF) 信號(hào)組成；
其中所述DDS至少被設(shè)置有輸入時(shí)鐘源、允許控制每個(gè)信號(hào)的起始相位的輸入以及用于控制DDS輸出頻率的輸入；
其特征在于所述DDS被布置用來(lái)生成主要輸出頻率特征，所述特征對(duì)于所述積分周期內(nèi)的所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)兩者都是相同的，其中所述DDS被布置為使所述輸入時(shí)鐘源頻率和所述起始相位中的至少一個(gè)在所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)的產(chǎn)生之間改變。所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)具有相似的主要頻率特征的限制表示包括任何起始和截止頻率在內(nèi)的處在所述DDS的輸出處并且參與調(diào)制的所需要的頻率連同任何頻率掃描參數(shù)對(duì)于所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)都是相同的一正是這些參數(shù)定義了主要輸出頻率特征。 如下面所描述的那樣，注意到頻率雜散連同在所述DDS內(nèi)所生成的任何噪聲都不能算作所述DDS的主要輸出或主要頻率特征(如在此所定義的那樣)。雖然本發(fā)明在只有兩個(gè)信號(hào)一所述第一信號(hào)和緊隨其后的信號(hào)一被使用時(shí)具有效用，但是本發(fā)明也可以被用于任何適合的數(shù)量>1的信號(hào)。所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)可以包括任何適合的信號(hào)，例如掃描為線性的、步進(jìn)式的或具有適用于特定應(yīng)用的更復(fù)雜的非線性布置的頻率掃描信號(hào)。所述信號(hào)還可以包括相位調(diào)制信號(hào)。唯一的標(biāo)準(zhǔn)是在積分周期內(nèi)所生成的所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)中的每一個(gè)的主要輸出都是相同的。本發(fā)明提供了至少改善在某些環(huán)境中所使用的DDS器件傳統(tǒng)上所遇到的前述問題中的一些的裝置。通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，DDS所引起的雜散將在所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)的每一個(gè)中具有不同的特征。如果所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)中的每一個(gè)被布置為具有不同的相位，那么所述雜散一般也將具有不同的相位，并且由于積分過(guò)程，所述雜散將不會(huì)以與所需要的信號(hào)相同的方式積累。本發(fā)明的實(shí)施例的應(yīng)用在FMCW雷達(dá)系統(tǒng)領(lǐng)域，其中所傳輸?shù)男盘?hào)通常將包括頻率掃描序列。這里，第一頻率掃描對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)，并且后續(xù)的掃描對(duì)應(yīng)于所述后續(xù)信號(hào)。這些頻率掃描一般被布置為是具有預(yù)先定義的起始和終止頻率的線性掃描。起始、終止和掃描特征(即掃描持續(xù)時(shí)間和頻率特征)在此被稱為主要頻率特征。一般而言，頻率特征包括線性頻率掃描，但是其他這樣的頻率特征也可以被使用。本發(fā)明利用了發(fā)明者的觀點(diǎn)，即由于所需要的信號(hào)的初始起始相位在IF信號(hào)的產(chǎn)生期間消失，因此所需要的信號(hào)的初始起始相位就相干累加過(guò)程而言是不相關(guān)的，這將在下文中更詳細(xì)地示出。所述系統(tǒng)比現(xiàn)有技術(shù)有好處，其中至少兩個(gè)信號(hào)(即所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)) 由所述DDS以所描述的方式生成。優(yōu)選地，所述DDS適于在積分周期內(nèi)產(chǎn)生至少4個(gè)信號(hào)， 諸如至少8個(gè)、諸如至少16個(gè)、諸如至少32個(gè)、諸如至少64個(gè)、諸如至少1 個(gè)、諸如至少 256個(gè)，其中每個(gè)信號(hào)都具有相似的主要輸出頻率特征，并且每個(gè)信號(hào)都從不同的輸入時(shí)鐘頻率得到或具有不同的輸出相位。對(duì)于諸如FMCW雷達(dá)等系統(tǒng)，要在積分周期(其通常是雷達(dá)的駐留時(shí)間或其約數(shù)) 中被積分的信號(hào)的數(shù)量一般是預(yù)先定義的。有利地，如果要被積分的信號(hào)的數(shù)量已知，那么輸入時(shí)鐘頻率改變的數(shù)量或輸出信號(hào)相位改變的數(shù)量被選擇為等于要被積分的信號(hào)的數(shù)量或等于其約數(shù)。對(duì)于其中主要輸出信號(hào)的輸出相位為積分周期中的每個(gè)信號(hào)被改變的那些實(shí)施例，相位改變可以有利地被布置為在積分周期期間步進(jìn)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)完整的360°循環(huán) (即單位矢量的一次完整旋轉(zhuǎn))。例如，每步進(jìn)的相位改變可以是360° /n，其中η是要被積分的信號(hào)的數(shù)量。應(yīng)用于主要輸出信號(hào)的每個(gè)相位改變可以是任何適合的大小。例如，可以方便地使輸出信號(hào)的相位線性地步進(jìn)通過(guò)η個(gè)360° /n的步進(jìn)?？商鎿Q地，可以偽隨機(jī)的方式選擇輸出相位。優(yōu)選地，在每個(gè)積分周期期間，選擇至少8個(gè)不同的相位，諸如至少16個(gè)、諸如至少32個(gè)、諸如至少64個(gè)。具有更大數(shù)量的離散相位的優(yōu)勢(shì)在于所述雜散更有可能在積分過(guò)程期間被抹除，即所述雜散的相位更有可能呈現(xiàn)完整范圍的值，從而由于信號(hào)被積分導(dǎo)致雜散的影響更好的減少。顯然，不可能有比積分周期中的信號(hào)更多的相位被選擇，但是如果更少的相位被選擇，那么優(yōu)選地，單位矢量的整數(shù)次旋轉(zhuǎn)被選擇。如果所述DDS的輸入時(shí)鐘頻率在所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)的產(chǎn)生之間被改變，那么如果對(duì)于所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)中的每一個(gè)要產(chǎn)生就其輸出頻率而言具有相似屬性的主要輸出信號(hào)，則所述DDS通常將需要被調(diào)整以將這點(diǎn)考慮在內(nèi)。這將根據(jù)所使用的具體DDS器件的屬性來(lái)完成。因?yàn)樵谝阎獣r(shí)鐘輸入頻率的條件下對(duì)DDS器件編程來(lái)產(chǎn)生特定的輸出頻率對(duì)于這樣的器件是普通的程序，所以其將被完成的方式將是為一般技術(shù)人員所熟知的。輸入時(shí)鐘可以由任何適合的裝置生成。因?yàn)闀r(shí)鐘頻率進(jìn)而能夠容易地以適合的準(zhǔn)確度被改變，所以輸入時(shí)鐘其自身可以方便地由第二個(gè)DDS產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在雷達(dá)系統(tǒng)中處理信號(hào)的方法被提供，所述方法包括以下步驟
a)使用直接數(shù)字合成器(DDQ產(chǎn)生第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)作為主要輸出，所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)具有相似的主要輸出頻率特征；
b)傳輸所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)或從其得到的信號(hào)；
c)接收信號(hào)，至少包括來(lái)自一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)的反射；
d)將接收的信號(hào)與正被傳輸?shù)男盘?hào)的一部分混頻以產(chǎn)生中頻信號(hào)(IF)；
e)對(duì)來(lái)自所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)的IF信號(hào)或從其得到的信號(hào)相干地進(jìn)行積分； 其特征在于，在步驟a)中，所述DDS被編程為在所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)的生成之間
改變所述主要輸出的相位。相位改變量可以是任何方便的量。如在上文中相對(duì)于本發(fā)明的第一方面所描述的那樣，其可以隨機(jī)地或偽隨機(jī)地被確定，或者其可以包括線性步進(jìn)。所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)可以包括頻率掃描。頻率掃描可以是線性掃描。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在雷達(dá)系統(tǒng)中處理信號(hào)的方法被提供，所述方法包括以下步驟
a)使用直接數(shù)字合成器(DDQ產(chǎn)生第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)作為主要輸出，所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)具有相似的主要輸出頻率特征；
b)傳輸所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)或從其得到的信號(hào)；
c)接收信號(hào)，至少包括來(lái)自一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)的反射；
d)將接收的信號(hào)與正被傳輸?shù)男盘?hào)的一部分混頻以產(chǎn)生中頻信號(hào)(IF)；
e)對(duì)產(chǎn)生自所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)的IF信號(hào)相干地進(jìn)行積分；
其特征在于，在步驟a)中，所述DDS具有由可編程的頻率器件所提供的時(shí)鐘輸入，并且在所述第一信號(hào)和所述后續(xù)信號(hào)之間，所述可編程的頻率器件被布置用來(lái)將提供給所述 DDS的時(shí)鐘頻率改變預(yù)先確定的量，并且其中所述DDS被編程為補(bǔ)償其不同的頻率輸入使得所述后續(xù)信號(hào)具有相似的主要頻率特征?，F(xiàn)在將僅以示例的方式參考以下附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中


圖1示出了典型硬件設(shè)置的框圖一在這種情況下是FMCW雷達(dá)一本發(fā)明的實(shí)施例可以在其中被實(shí)現(xiàn)；
圖2示出了來(lái)自在其傳輸信號(hào)的生成中使用DDS的試驗(yàn)臺(tái)雷達(dá)系統(tǒng)的輸出的圖表，該圖表示出了來(lái)自單個(gè)傳輸信號(hào)的經(jīng)處理的返回值；
圖3示出了來(lái)自試驗(yàn)臺(tái)雷達(dá)的經(jīng)平均的一系列輸出的圖表，其中DDS被布置為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)工作，并且因此其不適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明；
圖4示出了來(lái)自試驗(yàn)臺(tái)雷達(dá)的經(jīng)平均的一系列輸出的圖表，其中DDS適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)
明；
圖5示出了典型硬件設(shè)置的框圖，本發(fā)明的第二實(shí)施例可以在其上被實(shí)現(xiàn)；以及圖6示出了本發(fā)明的第三實(shí)施例的框圖，其中本發(fā)明被應(yīng)用于外差CW雷達(dá)。圖1示出了包含DDS的FMCW雷達(dá)系統(tǒng)，DDS被用來(lái)提供調(diào)制輸出。所示出的系統(tǒng)很大程度上相似于共同待定的專利申請(qǐng)PCT/GB2008/000306所示的系統(tǒng)，在此通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容包括在內(nèi)。該雷達(dá)包含在9. 2GHz處操作的本地振蕩器(LO) 10,該本地振蕩器向正交上變頻混頻器11提供輸入?；祛l器11的第二輸入來(lái)自以直接數(shù)字合成器(DDQ器件 12的形式的IF振蕩器，其在這種情況下通過(guò)使用一對(duì)模擬器件AD9858 DDS芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。 LO 10的輸出不但向混頻器11提供輸入，而且向第一分頻器13進(jìn)行饋送，該分頻器又驅(qū)動(dòng)第二分頻器14。來(lái)自第一分頻器13的輸出被用作直接數(shù)字合成器12的基準(zhǔn)時(shí)鐘源。第二分頻器14向可以是微控制器的控制器15提供時(shí)鐘基準(zhǔn)源，該控制器具有連接到DDS和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 16、16’的控制輸出，所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器被用來(lái)將從目標(biāo)及其他對(duì)象反射的輸入信號(hào)數(shù)字化?？刂破?5還向信號(hào)處理裝置21提供同步數(shù)據(jù)。所述雷達(dá)具有包括低噪聲放大器17、混頻器18的接收器鏈，所述混頻器具有耦合于一對(duì)IF放大器19、19’的同相(I)和正交(Q)兩路輸出，所述一對(duì)IF放大器進(jìn)而耦合于一對(duì)奈奎斯特濾波器20、20’，從而定義了一對(duì)信道。奈奎斯特濾波器20、20’的輸出向ADC 16、16’饋送，所述ADC分別向信號(hào)處理裝置21提供數(shù)字信號(hào)?；祛l器18具有從要被傳輸?shù)男盘?hào)取得的第二輸入。傳輸混頻器11是在IF輸入處被饋送以來(lái)自DDS 12的I和Q兩路輸入的正交上
變頻混頻器。在操作中，LO 10產(chǎn)生向混頻器11的一個(gè)輸入饋送的9. 2GHz LO輸出。DDS以從 LO輸出得到的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)為時(shí)鐘，但是所述LO輸出在頻率上從其中被除以商數(shù)10。DDS12的輸出頻率由這個(gè)時(shí)鐘結(jié)合來(lái)自控制器15的輸入所確定。控制器的時(shí)鐘輸入從具有除法商數(shù)50的分頻器14取得，該分頻器14本身由分頻器13供給。因此，供給ADC的時(shí)鐘頻率是18MHz?？刂破?5包含觸發(fā)DDS 12開始其頻率掃描的邏輯，從而使DDS 12輸出在 200MHz和250MHz之間以重復(fù)的方式線性地斜升(ramp)。為了產(chǎn)生9. 4GHz到9. 45GHz的雷達(dá)輸出信號(hào)，在混頻器11中將這個(gè)輸出頻率與STALO 10的輸出混頻，因?yàn)镈DS 12和控制器15都經(jīng)由除法器13和14被鎖定到STALO 10，所以控制器15和DDS 12的輸出信號(hào)全都與STALO 10的輸出相干?？刂破?5還可以被用來(lái)對(duì)DDS 12重新編程以改變其頻率掃描參數(shù)，如果這樣的頻率捷變(frequency agility)是所希望的。例如，后續(xù)的積分周期可以使用具有不同主要頻率特征的信號(hào)?？刂破?5還適于與DDS 12通信以便能夠?yàn)槊總€(gè)掃描改變DDS 12的輸出處的起始相位。除其他以外包括來(lái)自目標(biāo)的反射的接收信號(hào)經(jīng)由接收天線(未示出)進(jìn)入所述系統(tǒng)，并且在低噪聲放大器17中被放大。使用定向耦合器22通過(guò)分離傳輸路徑的最后階段中的能量中的一些進(jìn)而將經(jīng)放大的信號(hào)與同時(shí)正由傳輸器傳輸?shù)男盘?hào)混頻。因此，包括與其自身的延遲版本混頻的信號(hào)的IF信號(hào)以這種方式被產(chǎn)生，所述延遲由對(duì)從一區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)反射的信號(hào)的傳輸和后續(xù)的接收引起?；祛l器18的輸出是包括接收的信號(hào)和同時(shí)正被傳輸?shù)男盘?hào)之間的差頻的I-Q對(duì)。 信號(hào)在放大器19、19’中被放大，在使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器16、16’被數(shù)字化之前在低通濾波器20、20’中被濾波。數(shù)字化器由來(lái)自控制器15的時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)，所述控制器如上面所描述的那樣其自身由從STALO 10得到的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。通過(guò)計(jì)算每個(gè)經(jīng)數(shù)字化的信號(hào)的離散傅里葉變換(所述離散傅里葉變換可以使用快速傅里葉變換(FFT)算法來(lái)計(jì)算)，并且對(duì)在積分周期內(nèi)接收的經(jīng)傅里葉變換的信號(hào)的輸出相干地進(jìn)行積分來(lái)提升信噪比水平，結(jié)果得到的信號(hào)進(jìn)而在處理器21中被處理。積分周期可以根據(jù)雷達(dá)的應(yīng)用并且根據(jù)諸如駐留時(shí)間、信號(hào)掃描時(shí)間等其他參數(shù)來(lái)選擇。積分周期可以被布置為根據(jù)正被檢測(cè)的具體目標(biāo)類型而變化。本發(fā)明的被設(shè)計(jì)用于檢測(cè)小對(duì)象的實(shí)施例適于在積分周期內(nèi)產(chǎn)生16個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)包括具有一致的主要頻率特征的頻率掃描。通過(guò)對(duì)DDS 12進(jìn)行適合的控制，圖1的布置可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的FMCW雷達(dá)，或可以適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。當(dāng)其適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例時(shí)，控制器15適于對(duì) DDS重新編程使得對(duì)于在積分周期內(nèi)生成的第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)中的每一個(gè)，信號(hào)的起始相位如在此所描述的那樣各不相同。圖2示出了來(lái)自圖1所示的雷達(dá)系統(tǒng)的單個(gè)掃描的圖表。由于只有單個(gè)掃描被示出，所以該雷達(dá)是否如本發(fā)明的實(shí)施例那樣被設(shè)置(例如適于為不同掃描提供不同相位)， 或者該雷達(dá)是否適于如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣為每個(gè)掃描保持固定的起始相位從該圖表中不是顯而易見的，因?yàn)檫€沒有發(fā)生積分。第一軌跡25示出對(duì)照單個(gè)頻率掃描的距離的幅度返回值，即沒有應(yīng)用任何類型的取平均。因此，其代表了在FFT處理步驟之后來(lái)自雷達(dá)輸出的信息。該掃描針對(duì)包含1000平米的大雷達(dá)截面(RCQ目標(biāo)的場(chǎng)景，該目標(biāo)位于大約250 m的距離處，該距離對(duì)應(yīng)于距離元(range cell)617?？梢郧宄乜吹絹?lái)自這個(gè)掃描的大的幅度返回值。在更長(zhǎng)的距離處可以看到其他更小的目標(biāo)。然而，軌跡25中的噪聲水平是相對(duì)高的。這些高噪聲水平由系統(tǒng)中的相位噪聲所產(chǎn)生，顯著量的所述相位噪聲由DDS輸出上的雜散所產(chǎn)生。這些雜散對(duì)比于主要輸出通?？梢蕴幱赺60dB的水平。在這些低水平上，通常已經(jīng)為一般技術(shù)人員所理解的是它們對(duì)總的系統(tǒng)相位噪聲的貢獻(xiàn)是較小的。然而，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的是情況不是這樣的。當(dāng)大的靜態(tài)對(duì)象存在于諸如圖2所示的1000 平米R(shí)CS目標(biāo)的區(qū)域中時(shí)，系統(tǒng)相位噪聲產(chǎn)生了惡化的噪底，如圖所示。因此，在單個(gè)軌跡上看到相位噪聲使得雷達(dá)性能顯著惡化。疊加在該圖表上的是示出了雷達(dá)的熱噪底的第二軌跡26。軌跡沈因此給出了對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)噪聲基底在很多返回值被平均時(shí)應(yīng)當(dāng)可達(dá)到的水平分類的指示。通過(guò)覆蓋接收器天線來(lái)阻止任何外部信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)并且對(duì)由于內(nèi)部系統(tǒng)噪聲而產(chǎn)生的信號(hào)非相干地進(jìn)行積分而產(chǎn)生這個(gè)第二軌跡26。圖3示出了同樣示出試驗(yàn)臺(tái)雷達(dá)的輸出的圖表。軌跡30示出了對(duì)256個(gè)連續(xù)掃描信號(hào)取平均的結(jié)果，每一個(gè)所述信號(hào)都具有相似的頻率特征，并且每個(gè)都具有相似的起始相位。因此，其代表了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)生成和處理的信號(hào)。如上面所解釋的那樣，在本發(fā)明之前，人們將期望噪底將由于取平均而被減小101og256 dB(如果噪聲本質(zhì)上是隨機(jī)的)。 然而，可以看到的是噪聲水平仍然在很大程度上未被改變，這表明噪聲一大部分由相位噪聲組成一是相干的并且因此不隨取平均而衰減。第二軌跡31被示出以供參考并且與圖2的軌跡沈一致。圖4示出了同樣示出試驗(yàn)臺(tái)雷達(dá)的輸出的圖表。軌跡40是雷達(dá)的輸出，其同樣包括了 256個(gè)連續(xù)掃描信號(hào)的平均值，每個(gè)所述信號(hào)都具有相似的頻率特征。但是，這次控制器適于生成分別具有不同起始相位的掃描信號(hào)。所選的相位增量是360° /64，或者 5.625°。這表示在這256個(gè)連續(xù)掃描的范圍內(nèi)每個(gè)相位增量被使用四次，并且主要輸出的起始頻率的單位矢量(即相位等于起始頻率的相位的概念上的單位矢量)具有四次完整的旋轉(zhuǎn)。第二軌跡41與圖2的軌跡沈一致，并且被再現(xiàn)以示出本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比而言的改進(jìn)。對(duì)先前圖表的顯著改進(jìn)可以被看到，其中噪聲水平大約降低20dB，而處于距離元 617的目標(biāo)的水平?jīng)]有改變。這接近于在噪聲真實(shí)地是高斯隨機(jī)噪聲的情況下將被觀察到的理論上的MdB下降。先前被噪聲遮蔽的處在1000和3500之間的元(cell)上的其他目標(biāo)也可以被看到。積分器中的矢量累加具有減小由雜散引起的噪聲水平的作用。由于在混頻過(guò)程之后來(lái)自目標(biāo)的雷達(dá)返回值的相位不受傳輸信號(hào)相位上的步進(jìn)影響，所以積分導(dǎo)致代表目標(biāo)返回值的信號(hào)的水平的上升。注意到軌跡40有時(shí)下降到經(jīng)平均的系統(tǒng)噪聲軌跡 41之下。如上面所解釋的那樣，能夠這樣做是因?yàn)檐壽E40是相干平均的信號(hào)而軌跡41是非相干平均的。現(xiàn)在給出對(duì)為什么根據(jù)本發(fā)明改變DDS的主要輸出的起始相位在本發(fā)明在FMCW 雷達(dá)中實(shí)現(xiàn)時(shí)提供好處的分析。FMCff雷達(dá)所傳輸?shù)木€性頻率斜波波形的相位可由方程1描述
權(quán)利要求
1.一種采用直接數(shù)字合成器(DDQ的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)適于使用所述DDS為傳輸提供調(diào)制信號(hào)，所述調(diào)制信號(hào)至少包括在積分周期內(nèi)生成的、時(shí)間上后面有一個(gè)或多個(gè)后續(xù)信號(hào)的第一信號(hào)，所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)具有相似的主要頻率特征，每個(gè)信號(hào)具有相關(guān)聯(lián)的起始相位，所述系統(tǒng)還包含用于對(duì)從所述第一調(diào)制信號(hào)和后續(xù)調(diào)制信號(hào)得到的信號(hào)進(jìn)行積分的積分器；所得到的信號(hào)由通過(guò)將每個(gè)信號(hào)與其自身的延遲版本混頻所產(chǎn)生的中頻(IF)信號(hào)組成；其中所述DDS至少被設(shè)置有輸入時(shí)鐘源、允許控制每個(gè)信號(hào)的起始相位的輸入以及用于控制所述DDS輸出頻率的輸入；其特征在于所述DDS被布置用來(lái)生成主要輸出頻率特征，所述特征對(duì)于所述積分周期內(nèi)的所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)兩者都是相同的，其中所述DDS被布置為使所述輸入時(shí)鐘源頻率和所述起始相位中的至少一個(gè)在所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)的產(chǎn)生之間改變。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述DDS被布置用來(lái)在積分周期內(nèi)生成至少4個(gè)不同相位，諸如至少8個(gè)、諸如至少16個(gè)、諸如至少32個(gè)、諸如至少64個(gè)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中選擇所述相位使得在積分周期期間單位相量圍繞單位圓轉(zhuǎn)整數(shù)圈。
4.如權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述相位以線性的方式被改變。
5.如權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述相位以偽隨機(jī)的方式被改變。
6.如權(quán)利要求1至5中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)包括線性頻率掃描。
7.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中用于所述DDS的輸入時(shí)鐘源其自身由第二 DDS提供。
8.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中在單個(gè)積分周期中至少生成4個(gè)信號(hào)，諸如至少16個(gè)、諸如至少64個(gè)、諸如至少256個(gè)、諸如至少IOM個(gè)，其中信號(hào)的數(shù)量至少等于相位的數(shù)量。
9.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)信號(hào)與其自身的延遲版本的混頻發(fā)生在接收器中，所述延遲由來(lái)自傳輸天線的信號(hào)飛行時(shí)間、來(lái)自目標(biāo)的反射以及在所述接收器處的后續(xù)接收所產(chǎn)生。
10.一種包含如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的雷達(dá)。
11.如權(quán)利要求10所述的雷達(dá)，其中所述雷達(dá)是頻率調(diào)制連續(xù)波雷達(dá)。
12.一種在雷達(dá)系統(tǒng)中處理信號(hào)的方法，所述方法包括以下步驟a)使用直接數(shù)字合成器(DDQ產(chǎn)生第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)作為主要輸出，所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)具有相似的主要輸出頻率特征；b)傳輸所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)或從其得到的信號(hào)；c)接收信號(hào)，至少包括來(lái)自一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)的反射；d)將接收的信號(hào)與正被傳輸?shù)男盘?hào)的一部分混頻以產(chǎn)生中頻信號(hào)(IF)；e)對(duì)產(chǎn)生自所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)的IF信號(hào)相干地進(jìn)行積分；其特征在于，在步驟a)中，所述DDS被編程為在所述第一信號(hào)和所述后續(xù)信號(hào)的生成之間改變所述主要輸出的相位。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中步驟e)適于對(duì)至少4個(gè)信號(hào)相干地進(jìn)行積分，諸如至少8個(gè)、諸如至少16個(gè)、諸如至少64個(gè)、諸如至少256個(gè)、諸如至少IOM個(gè)，被積分的信號(hào)的總傳輸時(shí)間定義積分周期。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述積分周期期間，所述DDS改變其主要輸出的相位η次或η的約數(shù)次，其中η是積分周期內(nèi)的信號(hào)的數(shù)量。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中每個(gè)信號(hào)包括線性頻率掃描。
16.一種在雷達(dá)系統(tǒng)中處理信號(hào)的方法，所述方法包括以下步驟a)使用直接數(shù)字合成器(DDQ產(chǎn)生第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)作為主要輸出，所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)具有相似的主要輸出頻率特征；b)傳輸所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)或從其得到的信號(hào)；c)接收信號(hào)，至少包括來(lái)自一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)的反射；d)將接收的信號(hào)與正被傳輸?shù)男盘?hào)的一部分混頻以產(chǎn)生中頻信號(hào)(IF)；e)對(duì)產(chǎn)生自所述第一信號(hào)和后續(xù)信號(hào)的IF信號(hào)相干地進(jìn)行積分；其特征在于，在步驟a)中，所述DDS具有由可編程的頻率器件所提供的時(shí)鐘輸入，并且在所述第一信號(hào)和所述后續(xù)信號(hào)之間，所述可編程的頻率器件被布置用來(lái)將提供給所述 DDS的時(shí)鐘頻率改變預(yù)先確定的量，并且其中所述DDS被編程為補(bǔ)償其不同的頻率輸入使得所述后續(xù)信號(hào)具有相似的主要頻率特征。
全文摘要
諸如雷達(dá)等基于DDS的系統(tǒng)包括用于使用DDS生成多個(gè)傳輸信號(hào)的裝置，和用于對(duì)諸如接收的信號(hào)等從其得到的信號(hào)進(jìn)行積分的裝置。所述系統(tǒng)還包括用于改變所述多個(gè)傳輸信號(hào)的相對(duì)起始相位或者用于在保持所述傳輸信號(hào)的相似的主要輸出頻率特征的同時(shí)調(diào)整DDS輸入時(shí)鐘的裝置。所述方法具有改變不希望有的頻率雜散在所述傳輸信號(hào)的每一個(gè)中的位置的作用，并且因此這些頻率雜散的影響在所述積分過(guò)程中被減小。結(jié)果得到系統(tǒng)靈敏度的改進(jìn)。雖然本發(fā)明主要適合于雷達(dá)應(yīng)用，但是在諸如聲納或激光雷達(dá)系統(tǒng)等其他系統(tǒng)中也可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的效用。
文檔編號(hào)G06F1/03GK102395899SQ200980155349
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者G. 霍奇斯 D., D. L. 比斯利 P., D. 霍奇斯 R. 申請(qǐng)人:秦內(nèi)蒂克有限公司