波形序列的生成的制作方法

专利名称：波形序列的生成的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生成波形序列的方法和设备，这些波形例如在障碍物检测系统，尤其是但不局限于在被设计为在多用户环境下工作的汽车盲点或碰撞前(pre-crash)报警系统中使用。
背景技术：
一种重要类型的汽车盲点或碰撞前报警系统采用电磁能量或超声波能量的短脉冲来询问检测区。然后通过适当地处理在系统观察域内的不同物体反向散射的能量，从而作出有关预定范围内障碍物存在与否的判决。检测设备被设置为检测反射脉冲是否出现在在已经发射询问脉冲之后的特定延迟(对应预定范围)。代替仅仅检测反射脉冲的出现，可以将每个脉冲传输被询问之后所接收的信号模拟值积分以便提供给对反向散射信号强度敏感的装置，并且因此能够具有较好的性能。多信道检测设备具有若干信道，每个信道具有不同的延迟，用于检测在感兴趣的不同范围值上的物体。
众所周知的是，当由适当构造的脉冲组(pulse packet)代替每单个脉冲时，可以显著地改进物体的检测能力。每个脉冲组包括非均匀交错排列的指定数目N的相同脉冲，每个脉冲间隔为适当选择的单位时间间隔的整数倍。这样设计脉冲间隔的图案，以便保证在基本脉冲组和它在时间上移位超过一个脉冲持续时间的复制脉冲组之间将只发生小数量ha的脉冲重合(优选地，最多为一个脉冲重合)。这种条件通常称为自相关约束。
考虑到跨距(长度)为L包括N个单位持续时间的相同矩形脉冲的脉冲组。这种脉冲组能方便地表示为符号0和1的二进制序列{x}＝x1x2...xL，其中符号1对应于脉冲发生。在这种情况下，自相关约束能够表示为Rxx(d)=Σi=1L-dxixi+d≤ha<N,]]>0＜d≤L-1其中Rxx(d)为自相关序列，d为整数位移。当d＝0时，自相关值Rxx(0)简单地等于脉冲组所包含的脉冲数目N。
在具有指定数目脉冲N和ha＝1的所有类的脉冲组中，最大压缩脉冲组具有最小的跨距Lmin。因此，最大压缩脉冲组表现出最大占空因子，N/L，和最大平均功率。对于固定的N和ha＝1，所有跨距大于Lmin的脉冲组称为稀疏脉冲组。
自相关约束保证了当没有噪声或干扰，并且使用多信道脉冲重合处理器来检测脉冲组时，每个信道的输出最多为ha，除非信道延时匹配接收的脉冲组的延时。在这种情况下，信道输出达到峰值N。
在多用户环境中，用户可能同时并异步地发送他们的信号，以便每个接收机不仅必须识别和检测其自己发送的信号，而且必须能够在出现其他发送信号时也这样进行操作。假定感兴趣接收机所检测的脉冲组表示为二进制序列{x}＝x1x2...xL并且干扰脉冲组的其中之一表示为另一个二进制序列{y}＝y1y2...yL为了优化在多用户环境下接收机的检测性能，以下互相关约束必须满足所有的整数位移dRxy(d)=Σi=1L-dxiyi+d≤hc<N,]]>0＜d≤L-1 和Rxy(d)=Σi=1L-dyixi+d≤hc<N,]]>0＜d≤L-1当不止一个发射机工作时，自相关和互相关约束组合起来以便保证，当没有噪声且使用多信道脉冲重合处理器进行检测时，每个信道的输出仍基本上小于N，除非信道延迟匹配于接收的感兴趣脉冲组的延时。
在汽车应用中，许多类似的障碍物检测系统应该能够在相同的区域工作，而且共享相同的频带。为了避免相互干扰，每个系统应当使用截然不同的信号，该信号优选为与其他系统所应用的信号不相关。由于不可能预测许多类似系统中的哪一个将在特定的环境下工作，因此为每个系统分配一个截然不同的二进制序列是不实际的。而且，构造大量具备良好自相关和互相关特性的二进制序列集并且表现出可接受的占空因子是非常困难的。
欧洲专利申请No.EP-A-1330031(这里称为“在先申请”并且在此参考引用其内容)公开了一种采用随机机制来产生大量满足自相关和互相关约束的复合脉冲串集合的方法。因此，产生的复合脉冲串将表现出对多用户环境下相互干扰的极好抵制。也可能产生表现出高占空因子的序列，因此增强了最终的检测性能。
根据在先申请所公开的方法，复合脉冲串由基本脉冲组的序列构成，每个基本脉冲组从适当构造的具备规定自相关和互相关特性的基本脉冲组的预定集中随机地提取。每个基本脉冲组的自相关函数表现出‘最多一个重合’的特性。而且，任何两个不同脉冲组之间的互相关函数取与对应的自相关函数的最大值相比较较小的值。另外，通过以随机持续时间的间隙来分离各个基本脉冲组，能够进一步改善对多用户环境下相互干扰的抵抗力，随机持续时间的值可以通过随机数发生器所提供的随机值确定。图1描述了如此构造的复合脉冲串的结构。
因此，尽管每个用户可能具有相同组基本脉冲组集合，但是每个用户所发送的复合脉冲串以随机方式来装配，所以脉冲串在统计上是唯一的。
尽管在先申请所公开的方法提供了减少多用户环境下相互干扰效应问题的实际解决方案，但是该方法不能够增加峰值自相关值Rxx(0)＝N与最大(单元)自相关旁瓣值的比率R。增加R的值将提高障碍物检测系统检测并分辨位于较大障碍物(诸如卡车)附近的较小障碍物(诸如摩托车)的能力。
因此，期望提供一种用于产生大量脉冲串的方法，这些脉冲串具有良好的自相关特性，良好的互相关特性，以及还具有改善的分辨多个较小和较大障碍物的能力，并特别适用于旨在多用户环境下工作的系统。

发明内容
在所附权利要求书中将阐明本发明的各个方面。
根据本发明的另一个方面，选择具有窄自相关函数(即，这样的自相关函数，它对于所有非零位移具有一个值，该值基本上小于零位移上的最大值)的基本符号序列，并且由一波形代替(替换)该序列的每个符号，该波形从包括有限数量的适当选择的有限持续时间波形的集合中随机提取。优选地，波形应该具有相同的持续时间并且相互正交(不相关)以便于在接收机中对其进行分辨。
为了清楚起见，将主要在这样一种安排的环境下描述本发明，其中基本符号序列是离散脉冲串并且该脉冲被设置在预定组中(尽管如上所述这些特性都不是必需的)。通过随机选择的波形表示脉冲的机制可以被视为某种形式的随机脉冲映射。
当使用M个正交波形用于脉冲映射时，包含N个脉冲的单个脉冲组可以通过和MN一样多的波形组表示，所有的组传递相同的时间信息，然而是不相同的，因此可以在接收机中分辨。
随机脉冲映射的操作保留了包含在脉冲-脉冲间隔中的时间信息，并且随机脉冲映射本身等效于为每个脉冲分配一个索引，该索引从一整数集中随机选择。这些索引可能以各种不同的方式(例如，通过波形的频率)在物理系统中表示。
当没有随机映射应用于包括N个脉冲的脉冲组时，其中该脉冲具有‘最多一个重合’的特性，自相关峰值Rxx(0)与最大(单位)自相关旁瓣值的比率R恰为N。但是，当使用M个正交波形来进行随机脉冲映射时，单位旁瓣值将平均减少到1/M。这种效果来源于以下事实，即脉冲重合‘在时间上’的要求现在与为各个脉冲分配的索引相等(附加重合)的要求被组合起来。结果，比率R的平均值将增加到NM，并且将获得大和小障碍物之间分辨率的提高。
即使独立地使用随机脉冲映射，也将为多用户环境下的相互干扰提供极好的抵抗力。通过构造，尽管每个用户可能重复应用相同的基本符号序列(例如，基本脉冲组)，但是，相应的波形序列由每个用户以随机方式来装配并因此在统计上是唯一的。根据在先申请所公开的上述方法，通过在各个组之间插入随机间隙，能够进一步改善对多用户环境下的相互干扰的抵抗力。GB-A-2357610中公开的技术能够用于确定间隙的持续时间。
在某些障碍物检测系统中，发送波形的峰值功率受到限制并且不能被增加，然而，获得与高范围分辨率耦合的可靠检测是至关重要的。在这种情况下，用于随机脉冲编码的正交波形集应该包含能够在接收机中压缩的波形，并且它们在发送时的持续时间能够增加到(Z+1)Δ，其中ZΔ为组中基本信号之间的最短间隔。使用用于随机脉冲映射的‘可压缩的’波形将增加产生的占空因子，将因子增加到(Z+1)，否则对于特定应用而言占空因子可能太低。
可压缩波形的广义分类包括正弦波和线性频率调制的瞬变信号(通常称为LFM)，或‘啁啾’，脉冲以及本领域的普通技术人员所熟知的其他波形。
如先前申请所描述的，通过在时间上倒置第一基本脉冲组，可以使用具有期望自相关特性的基本脉冲组来构造具有相同自相关特性的另一基本脉冲组。这两个双基本脉冲组之间的互相关函数不超过大于2的值。在本发明的一个优选方面，通过使该组基于基本二进制脉冲序列形成具有较大占空因子的组，其中所述基本二进制序列通过适当地交织第一脉冲组及其时间倒置的(“镜像”)复制形成。在这种情况下，优选地，将一个波形集用于映射第一脉冲组，并将另一波形集用于映射该第一组的“镜像”复制。优选地，两个波形集相互排斥，即任何波形都不可能同时属于这两个集合。作为一个简单的实例，用于基本组的波形可能具有第一频率，而用于镜像复制的波形可能具有第二频率。但是，对于每个组都包括若干个不同波形是优选的。
根据本发明的另一优选方面，以这种方式构造脉冲组，从而满足如下修改的自相关约束Rxx(d)=Σi=1L-dxixi+d=0,]]>0＜d≤ZRxx(d)=Σi=1L-dxixi+d≤1,]]>Z＜d≤L-1其中脉冲组表示为符号0和1的二进制序列{x1x2...xL}，其中符号1对应于脉冲发生。
上述约束比“最多一个重合”的要求更加严格限制，因为对于所有的连续延迟值d＝1，2，...，Z，自相关序列Rxx(d)必须等于零。所以，产生的自相关序列Rxx(d)将在d＝0的主峰值N的任一侧表现出跨距Z的零相关区。
当单个脉冲的持续时间等于Δ时，零相关区将对应于障碍物之间等于ZcΔ/2的相对距离ZCD，其中c为询问脉冲的速度(c为电磁脉冲的光速)。
因此，采用满足修改的自相关约束的脉冲组的障碍物检测系统具备提高的障碍物分辨率，因为，对应于较大障碍物(诸如卡车)的自相关函数的旁瓣，将不再模糊与位于较大障碍物相对距离ZCD范围内的较小障碍物(诸如摩托车)相关联的自相关主峰。
根据修改的自相关约束可以推出，为了获得跨距Z的零相关区，脉冲组中任何两个脉冲位置之间的最小差不能低于(Z+1)。
使用本发明的这个方面，进一步加强由于随机脉冲映射所实现的大和小障碍物之间分辨率的提高。
组合上述各个方面，即从随机脉冲映射所获得的修改自相关约束(导致了扩展的零相关区)和统计旁瓣减小，产生了以下组集合特性1、自相关峰值NRxx(0)=Σi=1Lxi2=N]]>2、零相关区Rxx(d)=Σi=1L-dxixi+d=0,]]>0＜d≤Z3、通过随机脉冲映射得到的统计旁瓣减小Rxx(d)=Σi=1L-dxixi+d≤1/M<1,]]>Z＜d≤L-1其中旁瓣值的统计边界1/M能够在‘长期’中或‘平均上’得以满足。由于在实际的应用中，有关在给定范围上障碍物存在与否的判决是基于成千的脉冲组，因此，边界1/M可有效地实现。
基本符号序列可以包括散布间隔的相同脉冲。在这种情况下，脉冲定时是这样的以便获得窄的自相关序列。可替换地，基本符号序列可以包括不同类型的符号(例如，二进制序列，其中符号-1和1表示不同极性的脉冲或三进制序列等)。在这种情况下，除了这些符号的定时之外，由于使用截然不同的符号自相关序列具有窄结构。因此，为了保存这个信息，随机脉冲映射优选地为不同符号类型使用不同波形集，每个集合的波形通常不同于其它集合的波形。一个特定可能性实例是交织具有脉冲组镜像倒置复制的脉冲组，如上所述的。


现在将通过实例的方式，参考附图描述实施本发明的结构，其中图1描述了复合脉冲串的结构；图2(a)为一个脉冲组的实例；图2(b)描述了表示图2(a)脉冲组的二进制序列的自相关序列；
图3说明了随机脉冲映射的原理；图4为具有增加占空因子的脉冲组的实例；图5是障碍物检测系统的方框图；图6为包含被安排根据本发明操作的随机脉冲映射器的图5系统的一个实现的更详细的方框图；图7为图6系统中的脉冲组发生器的方框图；以及图8示出了不同类型的基本符号序列。
优选实施例描述下面将描述根据本发明的系统结构。首先，提及用于这种系统的询问信号的类型。
图2(a)示出了基本脉冲组的实例，该基本脉冲组可以被用于得到根据本发明的障碍物检测系统所使用的询问信号。该组包括分布于106位置的11个脉冲；组中脉冲位置之间的最小差等于6(位置78和84)。图2(b)描述了该组的自相关序列。该组满足上述修改的自相关约束。根据该组结构，零相关区具有跨距5。
随机选择的波形可代替为各个脉冲。在最简化的结构中，用于随机脉冲映射的每个波形的持续时间等于Δ，即每个基本脉冲的持续时间。
图3说明了基本脉冲组(与图2(a)已示出的相同)和通过从四个可用波形中选择其中之一而获得的的波形组，即由数字1，2，3和4索引的w1(t)、w2(t)、w3(t)和w4(t)。在本例中，波形显著长于基本脉冲组的脉冲。为了说明的目的，假定应用于波形选择的随机机制已产生以下的数字序列1，4，1，2，3，1，3，3，4，2，4。如图所示，时间对齐的基本脉冲组和产生的波形组都包含有相同的时间信息。
为了提高占空因子，能够修改基本脉冲组。作为说明性的实例，图4(a)示出了第一脉冲组，它与图2(a)基本脉冲组相同，图4(b)示出了该组的“镜像”复制，以及图4(c)描述了通过交织第一组与该组的时间位移“镜像”复制而产生的脉冲组。同样，在实际中，波形代替离散的脉冲使用。如上所述，很重要的是，至少将表示每个组的实质性数目的波形与表示其他组的波形(以及希望它们可相互区别)相区别。为了实现这一点，优选地使用两个波形集，来自第一集合的随机选择替换第一组的脉冲，并且来自第二集合的随机选择替换“镜像”复制组的脉冲。
如果将具备‘最多一个重合’特性的一个附加组(或多个附加组)插入到基本组及其‘镜像’复制组的组合中，能够更多地增加脉冲组的占空因子。但是，将需要更多波形集用于属于所有交织组的脉冲的随机映射。
图5是根据本发明的障碍物检测系统的方框图。该系统包括符号发生器SG，该符号发生器生成符号序列并将这些符号序列提供给随机编码器RE。该随机编码器RE用随机选择的波形来替换每个符号，并且连续地将波形传送到与适当发射天线TA耦合的天线驱动器ADR。
随机解码器RE包括波形集发生器WS1，WS2，...WSJ，每个发生器都能够生成对应的波形集。发生器可以仅仅是存储波形的存储器。每个集合内的波形相互正交并且与其它集合的波形相互正交。随机编码器还包括选择器SEL。选择器SEL确定对应从符号发生器SG中接收的每一符号类型的符号值并且响应于该确定选择对应波形存储器WS1，WS2，...WSJ的其中一个。选择器SEL也随机地选择一个索引值，使用这个索引值来选择存储在所选择波形存储器中的其中一个波形并且将该波形输出到天线驱动器ADR。
随机编码器RE还将标识随机选择波形的信息发送到存储器MEM。优选地，存储的数据包括表示从符号发生器SG中接收的符号的符号值和随机索引值。
适当的接收天线RA与输入放大器IAM连接。由放大器IAM提供接收信号给解码器DEC，该解码器DEC确定哪些波形被接收并且生成表示这些波形的索引值。在一个优选实施例中，解码器DEC包括多簇(bank)匹配滤波器，每个滤波器对应一个对应的波形集。解码器DEC生成表示该簇内特定滤波器的索引值，并且提供一个输出和指示该滤波器属于哪簇的符号值。
处理器PRO接收来自解码器DEC的输出值和来自存储器MEM的输出值，来自存储器MEM的输出值被延迟一个取决于所调查范围的数量。这些值使处理器PRO能够检测发送波形的序列和接收信号之间的匹配并且由此生成一个表示已经检测到障碍物的输出。优选地，处理器PRO检查由存储器MEM和解码器DEC所提供的索引值之间的匹配，并且其中存在一个匹配，将存储器MEM和解码器DEC所提供的相应符号输入到相关器。相关器的输出被积分并且所得结果值表示物体存在于特定范围的可能性。可以通过使用不同延迟值为不同范围重复该操作。
图6示出了障碍物检测系统的一个特定形式的更详细方框图。在图6中，符号发生器SG被实现为由时钟发生器CKG所驱动的脉冲组发生器PPG。随机编码器被实现为一个随机脉冲映射器RPM。使用串并输出移位寄存器SIPO实现存储器MEM。通过M个匹配滤波器MF1，MF2，...，MFM的簇实现解码器DEC。通过多个距离网格(range-cell)处理器RCP实现处理器PRO。
如以下将说明的，该系统还可以包括振荡器OSC，它以适当的载波频率为天线驱动ADR和输入放大器IAM提供正弦信号。
脉冲组发生器PPG为随机脉冲映射器RPM重复地提供脉冲，更具体而言，提供脉冲给多路复用器MPX的输入端PP，存储寄存器SRG的负载输入端L1，以及脉冲标识器PID的输入端PP(它总起来说对应图5的选择器SEL)。图6的系统旨在用于包含相同脉冲的脉冲组，例如如图2(a)所示的。因此，因为脉冲是相同的，所以仅仅需要一个波形集。通过M个波形发生器，WG1，WG2，...，WGM提供这个集合。(为了处理具有可区分脉冲的脉冲序列(例如图4(c)所示的)，将提供一个或更多额外的波形发生器集合)。
发生器PPG所提供的每个脉冲，响应于随机索引发生器RIG产生的数值，触发M个波形发生器的其中之一。在每个脉冲发生的时间瞬间之前，该值通过输入IN被载入到存储移位寄存器SRG中。
优选地，M个波形发生器WG1，WG2，...，WGM所提供的波形w1(t)，w2(t)，...，wM(t)应该相互正交以便于分辨障碍物所反射回来的信号。特别是，通过使用正弦波的短段能够产生适当的波形集，每个波形基本上具有不同的频率。在该具体的例子中，该簇匹配滤波器将包括带通滤波器，每个滤波器具有等于各自正弦波频率的中心频率，并且其带宽与正弦波段的持续时间成反比。
通过适当修改的环或块振荡器能够容易地产生正弦波的短段。US-A-3612899(在此通过引用引入)中公开的另一种方法，使得能够直接以微波载波频率形成非常窄的电磁能脉冲。
在多路复用器MPX输入端OS保持的随机索引ID值为每个脉冲确定了一个特定的通路，以触发对应于该索引值的相应波形发生器。例如，当索引值为2时，将触发波形发生器WG2以产生一个适当的波形w2(t)，该波形将作为询问信号(通过加法放大器SAM和与天线TA耦合的驱动器ADR)向障碍物发送。
当以一个适当的载波频率(或多个载波频率)生成由波形发生器WG1，WG2，...，WGM产生的波形时，能够将其作为询问信号(在适当的调节，如果需要的话，以及在驱动器ADR中放大之后)直接通过天线TA发送。但是，当波形发生器WG1，WG2，...，WGM能够只提供波形的基带版本时，在传送这些波形到发射天线TA之前，将需要某些形式的‘上变换’(调制)。在这种情况下，天线驱动器ADR将包含一个使用位于载波频率的正弦基准信号的适当调制器，该载波信号由辅助振荡器OSC提供，并通过输入端CF施加到驱动器ADR。
对于发生器PPG所提供的每个脉冲，脉冲标识器PID组合(通过随机索引发生器RIG)为该脉冲分配的随机索引ID与(通过输入端PP提供的)有关脉冲发生的定时信息。产生的组合可以由二进制字表示；例如，最高有效比特(MSB)等于1可以标记脉冲发生，而剩余的比特可以表示为该脉冲分配的随机索引ID的值。
这样产生的二进制字通过输入端DI施加给寄存器SIPO；这些字以通过在寄存器SIPO的输入端CP出现的时钟脉冲确定的时间瞬间被移位到寄存器SIPO中。结果，脉冲组发生器PPG提供的每个脉冲以唯一的方式通过各自的二进制字表示通过设置MSB为1，脉冲发生的时间已被告知对应的时隙(即，时钟周期)，而已使用随机索引ID来确定二进制字剩余比特的值。
通过(以时钟周期单元表示的)等于所用存储器单元的总延迟，即图6所示结构中的W的数量，寄存器SIPO用作数字离散时间延迟线。因此，寄存器SIPO存储并保持了有关在最后W个时钟周期中产生并映射的所有基本脉冲的连续更新信息。在寄存器SIPO的W个并行输出可获得该信息；或者所有或只有选择的寄存器SIPO输出与各自的距离网格处理器RCP相连接。为了说明目的，图6示出了与对应的处理器RCP连接的寄存器SIPO的输出K。
障碍物所反射回的并通过接收天线RA所接收的信号被施加给输入放大器IAM。当匹配滤波器MF1，MF2，...，MFM能够仅仅处理波形w1(t)，w2(t)，...，wM(t)的基带版本时，一些用于‘下变换’(解调)的装置将必须包含在放大器IAM中。因此，通过与放大器IAM的输入CF耦合的辅助振荡器OSC能够提供适当频率的正弦基准信号。
该簇M个匹配滤波器MF1，MF2，...，MFM被构造为如下操作。当任何利用的波形，w1(t)，w2(t)，...，wM(t)施加给匹配滤波器的公共输入端时，只有匹配于该特定波形的滤波器才会产生明确的响应；并将忽略所有剩余匹配滤波器的剩余响应。利用该簇匹配滤波器的这种特定特性可靠地从接收信号中恢复在随机脉冲映射期间为每个基本脉冲所分配的随机索引ID的值。
每个距离网格处理器RCP所执行的功能和操作能够概述如下1、在字解码器WDR中，寄存器SIPO的各个输出所提供的每个二进制字被分解为指示脉冲发生的信号PP以及随机索引ID，该索引是在随机脉冲映射期间由随机索引发生器RIG分配给该脉冲的。
2、将信号PP施加给采样电路SCT的采样输入SS，而随机索引ID通过信道选择器CHS的输入IS选择对应于该索引的匹配滤波器的输出。根据实现，每个匹配滤波器可能在其输出端提供指示接收波形强度的多电平(例如，模拟)信号，或仅提供二进制信号，它指示接收波形的强度是否充分大于背景噪声和/或干扰的强度。
3、这样选择的相应匹配滤波器的输出被施加给采样电路SCT，然后以与在输入端SS出现的信号PP重合的时间瞬间对其进行采样。当匹配滤波器在其输出端产生二进制信号时，采样电路SCT能够被减化为简单的逻辑门。顺便提及，应该注意到，滤波器输出的持续时间将取决于接收的波形和滤波器特性。如果特性为滤波器输出具有适当的持续时间，使用相对长的波形是可接受的。
4、SCT的输出被馈送到积分器INT，该积分器可能为‘积分和转储电路’类型，或“移动平均”(“移动窗口”)类型。当采样电路SCT代替为逻辑门时，适当构造的脉冲计数器还能够执行所需的积分。
5、在比较器CMP中，将积分器INT所达到的最终结果电平与预定判决门限DT进行比较。如果已经超出判决门限DT，那么将宣布在对应于与各自的距离网格处理器RCP相连接的寄存器SIPO输出的延迟的距离网格内出现障碍物。
正如所示，处理器RCP和匹配滤波器簇联合执行的主要功能是，波形“逆映射器(de-mapper)”的功能与传统相关接收机的功能的结合。结果，所有处理器RCP的判决输出提供了距离网格内出现的潜在障碍物的可理解图像，其中该范围构成了障碍物检测系统的观察域(FOV)，从该图像产生表示这种物体范围的信号。适当的障碍物跟踪系统能够使用该‘快照’信息以产生警告司机的报警信号，而且还有其他信号用于启动计划预碰撞的制动器的操作，诸如气囊，制动器等等。代替使用一簇单独的距离网格处理器RCP，可以将单个处理器RCP依次与寄存器SIPO的相应不同输出耦合以便连续地获得关于在相应范围上物体存在的判决。
在系统使用多于一种类型的符号的情况下，表示所生成符号类型的值被包括在存储在寄存器SIPO的每个二进制字中。同样，对于每个符号类型，存在相应的M个匹配滤波器MF1，MF2，...MFM的簇和相关联的信道选择器CHS。仅仅(最多)一个信道选择器在任何给定时间上提供一个输出，特定信道选择器取决于所接收的符号。因此，信道选择器的集体输出生成一个表示检测符号的值。将该值馈送到标准相关器的一个输入，该标准相关器在其另一输入上接收来自字解码器WDR的符号类型值。然后，将相关器的输出发送到采样电路SCT。包括多个符号类型的这个设置便于改进自相关和相互关函数并且因此改进性能。
图7为脉冲组发生器PPG的一种可能结构的方框图。该发生器包括时序状态模块SSM，状态解码器STD，随机间隙发生器RGG和时钟发生器CKG。
在系统操作期间，时序状态模块SSM在时钟发生器CKG提供的时钟脉冲CLK所确定的时间瞬间来连续改变其状态。时序状态模块SSM的不同状态的总数NS应该至少等于系统使用的最长基本脉冲组的跨度Lmax；所以NS＝2K≥Lmax这里K为时序状态模块SSM所使用的触发器数量。时序状态模块SSM被安排用于循环操作，每个循环包括以某些方便的方式从可用的不同状态总数NS＝2K中所选择的NU个不同状态。在这些NU个不同状态中，有N个预定状态表示要产生每个脉冲组中的脉冲位置。
通过传统二进制计数器、具备适当反馈的移位寄存器或通过本领域普通技术人员熟知的类似的时序状态机，能够实现时序状态模块SSM的功能。
状态解码器STD由时序状态模块SSM的K比特输出驱动。状态解码器STD具备两个输出一个输出提供复合脉冲串CPT，而另一个输出则产生组结束EOP脉冲。例如，组结束EOP脉冲可能与每个脉冲组的尾部脉冲重合。状态解码器STD的所有功能能够通过组合逻辑或适当编程的只读存储器来实现。
随机间隙发生器RGG给产生的每个基本脉冲组的尾部脉冲附加随机间隙。随机间隙发生器RGG的重复操作的每个循环由状态解码器STD提供的组结束EOP脉冲来发起。组结束脉冲EOP引起随机选择器RS随机地选择存储在延迟存储器DS中多个延迟值的其中一个。将所选择的延迟值提供给一个延迟电路DLY以导致由时钟发生器CKG所提供的对应数目的时钟脉冲被禁止。因此，随机间隙发生器RGG的输出CRG提供时钟脉冲序列，其中丢失了随机数目的连续脉冲。结果，在等于随机间隙持续时间的随机时间间隔期间，时序状态模块SSM的操作被中止。优选地，每个随机间隙的持续时间是均匀分布的，并且随机间隙是相互独立地形成的。
尽管图7的脉冲组发生器PPG重复地生成相同的脉冲组，但是如先前申请所表示的，可代之以这样设置，以便从其预定集合中随机地选择连续脉冲组。
上述结构重复地产生有限长度的脉冲组并且映射处理被用来用波形替换个别的脉冲。各种修改都是可能的。
图8示出了用于代替脉冲组的多个可替换符号序列。在图8(a)中，基本符号序列是一串不相关的脉冲，该脉冲是相同(单位)的持续时间。脉冲之间的间隙是单位持续时间的倍数，通过改变数量修改单位持续时间以便获得窄自相关序列。随机编码器用从单个波形集中随机选择的波形来替代每个脉冲。
图8(b)示出了包括一串被间隙分离的二进制脉冲的可替换基本符号序列。在所示的设置中，脉冲的值为+1和-1。随机编码器通过从第一波形集中随机选择来响应每个+1脉冲，通过从第二波形集中随机选择来响应每个-1脉冲。优选地，解码器从所接收的信号中重构双极性波形，这个双极性波形然后经受与存储在存储器MEM中的发送波形的相关。
作为一个修改，脉冲串可以包括多于两个值的脉冲，每个不同值引起从一个相应波形集中的选择。
图8(c)示出了另一可能的基本符号序列，该基本符号序列是以被间隙分离的离散脉冲的形式，每个离散脉冲包括多个连续的子脉冲(例如巴克码(Barker code))，每个子脉冲可以具有两个不同值的其中一个。在这个情况下，随机编码器将用随机选择的波形替换每个子脉冲，该波形是从一个取决于子脉冲的值的集合中选择的。
图8(d)是连续信号形式的基本符号序列的实例，在这个情况下是伪随机二进制序列。当然，可替换地也可能是其它序列，例如三进制或四进制伪随机序列。
在上述的设置中，每个要发送的符号有固定的一个波形集，并且每次发送相应符号时从该相应集合中进行随机选择。在一个可替换的设置中，可时常(优选地随机地)改变用于表示特定符号的波形集。
将参考连续传输包含以下形式的子码的7元素巴克序列的复合脉冲描述这个实例+ + + - - - + -假定该系统在其配置上具有20个波形w1，w2，...，w20。在传送每个复合脉冲之前，系统随机地选择，例如选择波形中的三个以表示符号+1，和选择三个不同的符号以表示符号-。例如，所考虑的系统可以选择w3，w12，w19表示符号+，以及选择w4，w5，w10表示符号-。表示所选集合的信息被存储在存储器中。接下来，通过随机地从{w3，w12，w19}中选择一个传送每个符号+并且随机地从{w4，w5，w10}中选择一个传送每个符号-，系统传送复合脉冲。
在接收机中，存储器的内容(在经受适当延迟之后)被用于配置匹配滤波器的输出，以便与w3，w12和w19匹配的滤波器的输出将被连接(OR操作)以提供符号输出+；类似地，与w4，w5和w10匹配的滤波器的输出将被OR操作以提供符号输出-。因此，解码器将提供+和-符号的输出序列(由六个匹配滤波器所确定的每个符号产生最大输出)。相关器将使用发送基本序列+ + + - + -的延迟版本以及解码器输出序列以确定互相关的值。
结果，利用关于用于随机编码的波形的辅助信息，对(具有窄自相关的)基本序列和它从接收波形重构的版本执行相关操作。
然后，利用波形的不同随机选择发送下一个复合脉冲。
期望的是，在使用本发明中，以信号的形式生成基本符号序列并且经受随机编码。然而，这不是必需的。随机选择的波形可以在它们所需的定时上被直接地产生而不需要生成基本符号序列作为独立的初步操作。(不过，还可能对应于波形发生定时，为每个波形序列推断出一个标称(nominal)基本符号序列及其自相关序列。)图5的障碍物检测系统可能安装于移动平台(诸如车辆或船舶)，或位于固定平台上以检测移动物体的接近。该系统可以是安排用于响应于物体检测产生报警信号的碰撞报警系统。另外或可替换地，该系统可能是测距辅助装置，以用于检测障碍物的距离并产生指示该距离的信号。
期望多个系统产生的瞬变信号组满足上述的互相关约束，并且特别是对于互相关函数来说，具有与每个自相关函数的最大值相比都要小的值。而且，由于期望每个系统具备相同的结构，因此优选地，将这些条件应用于个别系统产生的不同组的互相关特性。但是，这能够通过上述技术的原理实现，特别是所提供的脉冲映射，被选择为具备良好相关特性的组和定时序列之间的随机间隔。
从上述描述可以清楚看出，引用瞬变信号(例如单个脉冲或波形)的形式旨在涉及这些信号的基带形式；很明显，如果瞬变信号用于载波调制发送，那么发送波形的详细结构可能不同。
术语“随机”意图在这里不仅包括完全随机的，非确定性地产生的信号，而且包括伪随机和/或确定性信号，诸如配置有现有技术中用以产生伪随机二进制信号和混沌信号的反馈电路的移位寄存器结构的输出，但不局限于此。
通过使用专门的硬件，例如包括数字信号处理器，或使用适当编程的通用计算机，能够实现这里所述的实施例。
尽管调制的某些适当格式，或用于脉冲替换的波形，在当前被认为是优选的，但是波形的其他属性和波现象(例如，电磁波极化)也能够被应用于给询问脉冲加‘水印’。
为了示例和说明的目的，已经提供了对本发明的优选实施例的上述描述。并无意图穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教导，很明显本领域的普通技术人员将能够做出许多改变，修改，和变形以利用各个适合于特定使用意图的实施例中的发明。
权利要求
1.一种产生波形序列的方法，该波形以对应于具备窄自相关函数的基本序列中符号的定时产生，其中每个波形从具有相应预定特征的波形集中随机选择。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基本符号序列对应一串被间隙分离的离散脉冲。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，该脉冲被设置在预定配置的组中。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，组中相邻脉冲之间的最小间隙超过预定值，从而该组的自相关序列对于不超过预定限制的连续相对位移表现出零值。
5.根据前面任一权利要求所述的方法，其中，所述集合中的波形基本上相互正交。
6.根据前面任一权利要求所述的方法，其中，该波形具有各自不同的频率。
7.根据前面任一权利要求所述的方法，其中，基本符号序列包括多种类型的符号，并且其中每个波形从多个波形集之一选择，每个集合对应各自的符号类型。
8.根据前面任一权利要求所述的方法，其中，基本符号序列包括与第二脉冲序列交织的第一脉冲序列，该第二脉冲序列是第一脉冲序列的时间逆转复制，至少对应于每个脉冲序列的实质性数量的波形可以与对应于其他脉冲序列的波形相区分。
9.一种检测物体的方法，该方法包括发送使用如前面任一权利要求所述的方法所生成的波形序列、接收所发送波形的反射以及确定发送波形和接收波形之间的匹配。
10.根据权利要求9的方法，其中，发送波形从多个集合中选择，每一个集合对应基本符号序列中各自的符号类型，该方法包括解码所接收的波形以获得所接收的符号序列，以及取基本符号序列和所接收的符号序列的互相关以确定发送波形和接收波形之间的匹配。
11.根据权利要求9或10所述的方法，包括以下步骤，存储指示哪些波形已经被随机选择的数据；和使用所存储的数据来确定发送波形和接收波形之间的匹配。
12.一种产生波形序列的设备，该设备被设置为根据权利要求1-8中的任一权利要求所述的方法来操作。
13.一种在多用户环境下使用的障碍物检测设备，该设备被设置为根据权利要求9-11中的任一权利要求所述的方法来操作。
14.根据权利要求13所述的障碍物检测设备，包括用于提供指示被检测物体距离的信号的装置。
15.根据权利要求13或14所述的障碍物检测设备，用于在车辆或船舶中使用以检测潜在的碰撞。
16.一种用于车辆或船舶的碰撞报警系统，该系统包括如权利要求15所述的障碍物检测设备和响应于障碍物检测产生报警信号的装置。
17.一种用于车辆或船舶的测距辅助系统，该系统包括如权利要求15所述的障碍物检测设备和用于产生指示被检测障碍物距离的信号的装置。
全文摘要
通过产生基本符号序列并且对于序列内的每个符号替换以随机选择的波形来生成波形序列。基本符号序列具有窄自相关函数并且可能是一串脉冲，该脉冲设置在预定配置的组中。通过传送波形、形成所发送波形的表示、延迟该表示以及将该表示和由于反射发送波形所接收的信号相关来检测物体。
文档编号G01S13/22GK1816755SQ200480019357
公开日2006年8月9日 申请日期2004年7月6日 优先权日2003年7月7日
发明者W·J·绍诺夫斯基 申请人:三菱电机株式会社