专利名称：加权函数生成方法、基准信号生成方法、传输信号生成装置、信号处理装置及天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及加权函数等的预处理技术，将预定特性附加到时域中的波形信号上，更具体地说，涉及传输信号生成装置的抑制和降低杂散分量和旁瓣的信号处理技术、信号处理装置以及天线单元。
背景技术：
在传统的雷达设备中，例如在日本专利申请公开出版第11-194166和2002-181921号中所描述的，加权函数的系数在时域中生成并且与接收信号相乘，以便降低信号处理、脉冲压缩和天线的孔径平面分布中的旁瓣水平。
但是，该时域中的处理不能抑制频域中的旁瓣，并且信号处理损耗带来非常严重的问题。在这种情况下，天线的孔径平面分布通常伴随较大的损耗，并且旁瓣水平不能充分降低。此外，传输信号的杂散频率分量经常也不能被有效抑制。另外，在脉冲压缩等的相关处理中，在信号处理中产生的不需要的波形分量(距离旁瓣，range side lobe)常常湮没小的输入信号。
结果，在以传统的雷达设备为典型代表的通信装置中，通过在时间轴上乘以加权函数来改善特性。然而，信号处理损耗仍然非常大，并且期望进一步的改进。
发明内容
本发明的目的是改善沿时间轴的特性，提供一种加权函数生成方法、基准信号生成方法、传输信号生成装置、信号处理装置和天线单元，用以降低信号处理损耗并实现理想的信号处理。
根据本发明的第一方面，提供一种生成加权函数的方法，用于将预定特性附加到时域中的输入信号上，所述方法包括在使用加权函数之前将时域变换为频域；在频域中将加权函数乘以窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)；以及将频域变换回时域。
根据本发明的第二方面，提供一种生成时域中的基准信号的方法，用以通过将基本信号与时域中的预定加权函数相乘而可靠地与输入信号相关，所述方法包括在使用加权函数之前将时域变换为频域；在频域中将加权函数乘以窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)；将频域变换回时域；以及将基本信号与在频域中乘以窗函数后的加权函数相乘，以生成时域中的基准信号。
根据本发明的第三方面，提供一种生成频域中的基准信号的方法，用以通过将基本信号与时域中的预定加权函数相乘而可靠地与输入信号相关，所述方法包括将基本信号从时域变换为频域；以及在频域中将基本信号乘以窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)，从而生成频域中的基准信号。
根据本发明的第四方面，提供一种传输信号生成装置，包括获取部件(11至13)，用于获取用以抑制传输信号的杂散频率分量的加权函数，事先从时域转换为频域、乘以频域中的窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)并恢复为时域；以及乘法器(41)，用于将加权函数与传输信号的原始信号相乘，从而生成传输信号。在这种情况下，根据传输信号的符号率而与加权函数相乘。
根据本发明的第五方面，提供一种信号处理装置，包括接收器(62)，用于接收传输信号的反射波；复共轭函数生成部件(53、55至58)，用于生成复共轭函数，用以通过将传输信号与时域中的预定加权函数相乘对接收器(62)的接收信号进行脉冲压缩；以及脉冲压缩部件(63至65)，通过将接收器(62)的接收信号乘以复共轭函数生成部件(53、55至58)生成的复共轭函数对脉冲进行压缩，其中，通过首先将加权函数乘以频域中的窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)、然后在恢复为时域之后将加权函数与传输信号相乘，复共轭函数生成部件(53、55至58)生成复共轭函数。
根据本发明的第六方面，提供一种信号处理装置，用于通过将被分析的信号傅立叶变换为频率轴上的分布来对信号进行分析，所述装置包括获取部件(11至13)，用于获取用以抑制被分析信号的杂散泄漏的加权函数，事先从时域转换为频域、乘以频域中的窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)并恢复为时域；以及乘法器(71)，用于将加权函数与傅立叶变换之前时域中的被分析信号相乘。
根据本发明的第七方面，提供一种天线装置，用于通过控制排列成阵列的多个元件(102)每一个的功率调度振幅形成任意孔径平面分布，所述装置包括获取部件(11至13)，用于获取相应于所述孔径平面分布的每一个元件的增益加权函数，事先从时域转换为频域、乘以频域中的窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)并恢复为时域；以及控制部件(103，105)，用于根据增益加权函数控制每一个元件(102)的功率调度振幅。
根据本发明的第八方面，提供一种生成加权函数的方法，用于将基于窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)的特性附加到时域中的输入信号，所述方法包括将峰值振幅点处窗函数的波形扩展，以生成对应于输入信号的单位时间的波形，从而生成加权函数。
根据本发明的第九方面，提供一种生成时域中的基准信号的方法，通过将基本信号乘以时域中基于窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)的加权函数来确保与输入信号的相关，所述方法包括将峰值振幅点处窗函数的波形扩展，以生成对应于输入信号的单位时间的波形，从而生成加权函数；以及通过将基本信号与加权函数相乘生成时域中的基准信号。
根据本发明的第十方面，提供一种生成频域中的基准信号的方法，通过将基本信号乘以频域中基于窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)的加权函数来确保与输入信号的相关，所述方法包括将峰值振幅点处窗函数的波形扩展，以生成对应于输入信号的单位时间的波形，并将所述波形转换到频域，从而生成加权函数；以及通过将基本信号与加权函数相乘生成频域中的基准信号。
根据本发明的第十一方面，提供一种传输信号生成装置，包括获取部件(14至17)，用于获取用以抑制传输信号的杂散频率分量的加权函数，通过将峰值振幅点处窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)的波形进行扩展以生成对应于传输信号的单位时间的波形来生成；以及乘法器(41)，用于将加权函数与传输信号的原始信号相乘，从而生成传输信号。
根据本发明的第十二方面，提供一种信号处理装置，包括接收器(62)，用于接收传输信号的反射波；复共轭函数生成部件(53、55至58)，用于生成复共轭函数，用以通过将峰值振幅点处窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)的波形进行扩展并生成对应于传输信号的单位时间的波形来生成加权函数，并通过将加权函数与传输信号相乘对接收器(62)的接收信号进行脉冲压缩；以及脉冲压缩部件(63至65)，通过将接收器(62)的接收信号乘以复共轭函数生成部件(53、55至58)生成的复共轭函数对脉冲进行压缩。
根据本发明的第十三方面，提供一种信号处理装置，用于通过将被分析的信号傅立叶变换为频率轴上的分布来对信号进行分析，所述装置包括获取部件(14至17)，用于获取用以抑制被分析信号的杂散泄漏的加权函数，通过将峰值振幅点处窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)的波形进行扩展并生成对应于被分析信号的单位时间的波形来生成；以及乘法器(71)，用于将加权函数与傅立叶变换之前时域中的被分析信号相乘。
根据本发明的第十四方面，提供一种天线装置，用于通过控制排列成阵列的多个元件(102)每一个的功率调度振幅形成任意孔径平面分布，所述装置包括获取部件(14至17)，用于获取相应于所述孔径平面分布的每一个元件的增益加权函数，通过将峰值振幅点处窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)的波形进行扩展并生成对应于孔径平面分布的波形来生成；以及控制部件(103，105)，用于根据增益加权函数控制每一个元件(102)的功率调度振幅。
本发明的其它目的和优点将在下面的描述中进一步阐明，并且将在下面的描述中更加明显，或者也可以通过实践本发明来知悉。本发明的目的和优点可以借助在此指出的手段及其组合得以实现和获得。
作为本说明书一部分的附图示出了本发明的具体实施方案，并且与上面的一般描述以及下面对优选实施例的详细描述一起用于说明本发明的基本原理。
图1示出根据本发明第一实施例用于生成加权函数的处理结构的方框图；图2A、2B和2C为根据图1所示的实施例用于处理的波形图；图3示出根据本发明第二实施例用于生成加权函数的处理结构的方框图；图4A、4B和4C为根据图3所示的实施例用于处理的波形图；图5A和5B是用于说明根据图3所示的实施例的改进的窗函数的效果的波形图；图6示出根据本发明第三实施例用于生成进行相关处理的基准信号的处理结构的方框图；图7示出根据本发明第四实施例用于生成进行相关处理的基准信号的另一处理结构的方框图；图8示出根据本发明第五实施例将本发明应用到传输信号生成装置的情况下的结构方框图；图9示出根据本发明第六实施例将本发明应用到脉冲压缩雷达设备的情况下的结构方框图；图10A、10B和10C示出在第六实施例中的传输信号为CW脉冲信号时的示例波形图；
图11A、11B和11C示出在第六实施例中的传输信号为线性调频脉冲信号时的示例波形图；图12A和12B是用于说明根据雷达设备中的距离采用不同的加权函数的效果的图形；图13示出根据本发明第八实施例将本发明应用到用于执行信号分析的信号处理设备中的情况下的结构方框图；图14是用于说明本发明的第八实施例的效果的波形图；图15示出根据本发明的第九实施例具有避免失真问题的处理结构的脉冲压缩雷达设备的方框图；图16示出应用本发明的相位阵列天线设备的发送侧的示意结构的方框图；以及图17示出应用本发明的相位阵列天线设备的接收侧的示意结构的方框图。
具体实施例方式
下面将参照附图描述根据本发明的优选实施例。
(第一实施例)图1示出根据本发明第一实施例用于生成加权函数的处理结构的方框图，以及图2为用于其处理的波形图。在图1中，假定时域中的加权函数从图2A所示的矩形波形的范围中选取。同样假定应用传统的窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)，如该加权函数的范围中的虚线所示。在用时间乘以振幅表示的面积比(area ratio)中，出现最坏50％的损耗。根据本发明，通过FFT(快速傅立叶变换)11将构成图2A的基础的矩形波形S11变换到频域，并且在乘法器12中乘以如图2B所示在频率轴上生成的窗函数(布莱克曼·哈里斯窗，等等)S12，之后通过IFFT(逆傅立叶变换)13恢复为时域，从而生成加权函数S13。如此生成的加权函数在信号处理损耗方面得到了改善，由此如图2C中的虚线所示，时间轴上的上升和下降沿变陡，从而将损耗降为几个百分点。
顺便指出的是，在频率轴上的窗函数不仅限于布莱克更·哈里斯窗，也可以采用汉明窗、汉宁窗、高斯窗、或平顶窗，具有相同的效果。
(第二实施例)如上所述，广泛采用诸如FFT的信号处理乘以窗函数，以便减少杂散泄漏。诸如汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等的窗函数是公知的。
但是，采用这些窗函数的乘法处理通常伴随较大的信号损失，并且大约一半的信号损失掉了。作为减少信号损失同时抑制不需要的杂散泄漏的方法，根据本发明的第一实施例，通过将时域中的加权函数转换成频域、乘以频率轴上的窗函数、之后恢复时域中的信号来生成基于窗函数的加权函数。在该方法中，窗函数的波形在上升和下降沿变陡，从而能够基本上没有损失地减少杂散泄漏等。但是，由于该生成处理涉及域变换，所以需要用于算法操作的电路，从而导致较长的处理时间。
因此，根据本发明的第二实施例，提供一种既减少信号损失又同时生成时域中的加权函数的方法，以便通过相对简单的技术抑制杂散泄漏等。
图3示出根据本发明第二实施例用于生成加权函数的处理结构的方框图。首先，窗函数生成单元14生成事先选择的窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)的波形，并发送给中心展宽处理单元15。在处理单元15中，获取矩形波形生成单元16生成的表明单元周期的矩形波形，并且从峰值振幅点向左和向右扩展窗函数的波形，从而生成与所述矩形波形相结合的波形。将其作为加权函数存储在加权函数存储单元17中。
现在以汉宁窗为例，参照图4A至4C具体描述处理过程。
图4A示出标准汉宁窗函数的波形。该汉宁窗函数的基本波形w[k]表示为w[k]＝0.5[1-cos(2πk/n·1)]其中，k＝0，1，2，...，n·1
直接使用该加权函数公式将导致极大的损失。因此，根据本实施例，将该窗函数从中心峰值振幅点向左和向右扩展，并通过将其与图4B所示的矩形波形组合进行修改。结果，如图4C所示，获得在上升和下降沿具有汉宁窗函数的波形并且在中间部分维持峰值振幅值1的波形。将其用来生成加权函数。
现在，假定使用图4B所示的矩形波形作为加权函数。FFT处理产生如图5A所示的杂散泄漏。但是，对应用图4C所示的汉宁窗函数的波形的加权函数的FFT处理能够降低杂散泄漏，从而将中心部分的杂散泄漏改善到80dB或更大，如图5B所示。
(第三实施例)图6示出根据本发明第三实施例用于生成进行相关处理的基准信号的处理结构的方框图。将基准信号S21发送到乘法器21并与加权函数S22相乘。加权函数S22通过第一或第二实施例的方法生成。基准信号S21’乘以加权函数S22构成时域中的基准信号S23。如此生成的基准信号S23乘以第一实施例中生成的加权函数，由此能够降低信号处理损失和距离旁瓣，从而产生理想的波形作为基准信号。
(第四实施例)图7示出根据本发明第四实施例的处理结构的方框图，通过与第三实施例不同的方法生成进行相关处理的基准信号。
在图7中，首先通过FFT 31将基准信号S31变换到频域，并且在乘法器32中乘以使用布莱克曼·哈里斯窗(也可以替换为汉明窗，汉宁窗，高斯窗，平顶窗，等等)的频域中的窗函数S32，以便生成频域中的基准信号S33。另外，通过该方法，与在第三实施例中获得的时域中的基准信号类似，也能够降低信号处理损失和距离旁瓣，从而产生理想的波形作为基准信号。
(第五实施例)图8示出根据本发明第五实施例将本发明应用到传输信号生成装置的情况下的结构方框图。在图8中，使用加权函数S41来抑制传输信号S42的杂散频率分量。该加权函数S41，按照第一实施例的方法，通过在频域中乘以诸如布莱克曼·哈里斯窗函数的窗函数并恢复为时域来产生，或者按照第二实施例的方法，通过扩展窗函数的峰值振幅点来产生。加权函数S41在乘法器41中与传输信号S42相乘并且从发送器42中输出。
在该结构中，能够减少乘以传输信号S42的加权函数的滤波损失，同时抑制传输信号S42的杂散频率分量，从而改善传输效率。另外，在应用到脉冲压缩雷达的传输信号生成装置时，能够减少传输脉冲的杂散频率分量，同时减少脉冲压缩后的距离旁瓣。
(第六实施例)图9示出根据本发明第六实施例将本发明应用到脉冲压缩雷达设备的情况下的结构方框图。在该雷达设备中，将在传输信号函数生成单元51中生成的传输信号提供给乘法器52，并且在与存储在加权函数存储单元53中的加权函数相乘之后转换为脉冲波形信号并存储在传输信号存储单元54中。
另外，在传输信号函数生成单元51中生成的传输信号还用作进行相关处理的基准信号。在这种情况下，在乘法器55中与存储在加权函数存储单元53中的加权函数相乘之后的传输信号作为时域中的基准信号，由FFT56变换为频域。然后，复共轭运算单元57产生复共轭函数信号并存储在存储单元58中。
在该处理中，在加权函数存储单元53中存储的加权函数，按照第一实施例的方法，通过在频域中将窗函数与诸如布莱克曼·哈里斯窗函数的窗函数相乘并恢复为时域来产生，或者按照第二实施例的方法，通过扩展窗函数的峰值振幅点来产生。由此，从传输信号存储单元54中读出的传输信号包含较少的杂散频率分量，从而能够实现高效率的传输。另外，能够减少基准信号的信号处理损失和距离旁瓣，从而产生理想的复共轭函数。
传输信号的示例示于图10A至10C中。图10A示出在传输信号函数生成单元51中生成的CW波形，图10B示出乘以频域中的窗函数并存储在加权函数存储单元53中的加权函数。图10A所示的CW波形与图10B所示的加权函数相乘后转换为理想的抑制了杂散频率分量的CW脉冲波形，如图10C所示。这也适用于通过扩展窗函数的峰值振幅点生成的加权函数的情况。
在发送侧，传输脉冲以规则的时间间隔从传输信号存储单元54输出，通过发送器59和发送/接收开关60发送到天线61，并且在空间中朝着目标辐射。在收到从天线61辐射的传输脉冲的反射波时，反射信号由接收器62接收。所接收的信号通过FFT 63转换到频域并输入到复数乘法器64，在此经历与存储在复共轭函数信号存储单元58中的复共轭函数信号的复数乘法。该复数乘法为相关处理，其中通过重复与传输脉冲的相关产生脉冲压缩信号。该信号通过IFFT 65恢复为时域中的信号，并且输出为脉冲压缩的接收信号。
复共轭函数信号具有较小的信号处理损失并且构成具有减少的距离旁瓣的理想函数，从而能够实现高精度的相关处理。通过上述处理获得的脉冲压缩信号使得能够检测已经淹没在噪声中并且现有技术不能恢复的脉冲压缩信号的分量。另外，根据该实施例，能够实现高精度的相关处理，且不会将距离旁瓣错误地识别为信号。
在具有上述结构的雷达设备中，传输信号波形不仅限于非调制的CW脉冲，而是也能够同样处理调制的波形。例如，也可以应用频率随时间改变的线性调频信号。具体地说，在传输信号函数生成单元51中生成如图11A所示的频率调制的线性调频信号，与图11B所示的加权函数相乘并存储在加权函数存储单元53中。然后，如图11C所示，产生抑制了杂散频率分量的理想线性调频脉冲波形。
(第七实施例)在脉冲压缩雷达设备中，从短距离处的位置反射的数据具有较大的SN比。有鉴于此，根据本发明的第七实施例，提供一种其中将现有技术中“具有较大损失但是极大减少了旁瓣的加权函数”用于短距离、而将根据本发明的“具有较小损失且能够减少旁瓣的加权函数”用于长距离的第六实施例的雷达设备。通过如此使用所述装置，能够有效地减少旁瓣。
具体地说，脉冲压缩信号处理通常需要(1)对短距离信号抑制距离旁瓣，而脉冲压缩增益不一定很高；以及(2)对长距离信号增加脉冲压缩增益，而不一定过度抑制距离旁瓣。
上面所述的相互矛盾的要求总括示于图12A中。短距离函数示于图12B的左侧，长距离函数示于图12B的右侧。基本函数划分成如图12所示的多个形态，从而能够实现更为理想的脉冲压缩。在这种情况下，图12B所示的短距离函数和长距离函数能够通过将窗函数的频带调整到最优值来生成。
在图9所示的雷达设备中，相应于上述距离的处理能够以相应于多个事先根据距离选择的窗函数的每一个的加权函数被生成并存储在加权函数存储单元53中的方式、通过第一或第二实施例的方法来执行。生成相应于每一个加权函数的基准信号，并且将从基准信号确定的复共轭函数信号存储在存储单元58中。根据搜索的距离有选择地切换复共轭函数信号并乘以接收信号。结果，能够实现满足上述要求(1)和(2)的处理过程。
(第八实施例)图13示出根据本发明第八实施例将本发明应用到信号处理设备中将信号(时域中的输入数据)傅立叶变换为频率轴上的分布进行信号分析的情况下的处理结构方框图。在图13中，加权函数S51用于抑制杂散泄漏并按照第一实施例的方法或第二实施例的方法生成。在根据第一实施例的方法中，加权函数通过首先从时域转换为频域并与频域中的窗函数(汉明窗，汉宁窗，高斯窗，布莱克曼·哈里斯窗，平顶窗，等等)相乘、之后恢复到时域来生成。另一方面，在根据第二实施例的方法中，将窗函数在峰值振幅点扩展以生成加权函数。在乘法器71中将该加权函数S51与时域中的输入信号相乘，并由FFT(傅立叶变换)72转换到频域，从而获得频率轴上的输入数据分析结果S53。
如上所述，根据第一实施例的处理方法在时域中生成的加权函数具有较小的信号处理损失，因此通过与时域中的加权函数相乘，能够降低输入信号的信号处理损失。
图14示出与现有技术相比该实施例的效果。在图14中，点划线表示处理部分，虚线表示在现有技术中使用的时域窗函数，实线表示根据本发明与频域窗函数相乘的时域加权函数。从图中显然可以看出，在处理部分中的信号处理损失明显改善。结果，能够显著改善信号分析处理的精度。这也适用于通过扩展峰值振幅点处的窗函数来生成加权函数的情形。
(第九实施例)在实际的收发器中插入窄带滤波器以便抑制来自带外的干扰。该窄带滤波器需要较强的抑制特性。该抑制特性可以通过牺牲维持信号质量所需的滤波器通带组延迟特性的损失来实现。因此，在现有技术中，窄带滤波器的组延迟特性不可避免地会恶化，并且导致基本信号的相位失真。该相位失真导致难以实现压缩增益目标和在诸如脉冲压缩的相关处理中降低距离旁瓣。
图15示出根据本发明的第九实施例在图9的压缩雷达设备中避免失真问题的处理结构的方框图。在图15中，与图9中相同的元件用相同的参考标号表示并且在此不再描述。
在图15中，参考标号66表示衰减器，用于衰减发送器59的输出。参考标号67表示开关，用于在雷达设备的校正模式和操作模式之间有选择地进行切换。在校正模式中，从衰减器66输出的传输信号通过开关67直接提供给接收器62，并且接收器62的输出提供给乘法器55与存储在加权函数存储单元53中的加权函数相乘，从而生成时间轴上的基准信号。该基准信号在FFT 56中经历快速傅立叶变换，从而在复共轭运算单元57中确定复共轭函数并存储在复共轭函数信号存储单元58中。
另一方面，在操作模式中，开关67连接到传输/接收开关60，以便发送/接收正常的传输脉冲。在该处理中，从接收器62输出的接收信号在FFT 63中从时域转换到频域，在复数乘法器64中经历与存储在复共轭函数信号存储单元58中的复共轭函数信号的复数乘法，在IFFT 65中恢复到时域，并输出为脉冲压缩接收信号。
更具体地说，该处理结构具有直接接收传输信号并与作为基准信号的该信号进行相关处理以解决失真问题的特点。这样，相关处理(脉冲压缩)能够以如下方式执行，即，直接接收传输信号作为基准信号，通过乘以加权函数该基准信号经历FFT处理，通过复共轭处理获得复共轭函数，以及该复共轭函数经历与经过FFT处理的实际接收信号的复数乘法，并跟随IFFT处理。
在该处理过程中，存储在加权函数存储单元53中的加权函数，按照第一实施例的方法，通过在频域中乘以诸如布莱克曼·哈里斯窗函数的窗函数并恢复为时域来产生，或者按照第二实施例的方法，通过扩展窗函数的峰值振幅点来产生。由此，通过乘以加权函数获得的基准信号具有较小的信号处理损失以及较小的距离旁瓣。因此，从该信号中能够获得理想的复共轭函数。结果，经历与复共轭函数信号的复数乘法的接收信号也能够减少信号处理损失和距离旁瓣。这样，能够进行高精度的相关处理。
(第十实施例)下面将说明根据本发明的第十实施例应用本发明的加权函数以确定相位阵列天线单元的孔径平面分布(aperture plane distribution)。
众所周知，天线单元具有所谓的孔径平面分布特性。孔径平面分布定义为天线平面的分布，并且已知增益越高，孔径平面的一致性越好。但是，这不可避免地伴随着天线图案的旁瓣水平增大。通常情况下通过确保孔径平面的分布来降低旁瓣。非常希望能够降低旁瓣而不过分降低天线增益。
将参照根据该实施例的相位阵列天线解释天线孔径平面分布。相位阵列天线具有一致平面，并且这一概念类似于通过调整发送或接收时的振幅来引入正规天线孔径平面分布。在相位阵列天线中，天线的旁瓣可以通过替换时间轴上的加权函数为空间上的而得以显著降低。
图16和17分别示出根据本发明的相位阵列天线单元在发送侧和接收侧的示意结构方框图。在图16中，水平调整器103插在从功率反馈器101到每一个天线元件102的功率反馈路径中，并且针对每一个路径通过乘以增益加权函数并由此调整振幅，能够形成天线孔径平面分布。同样，在图17中，来自每一个天线元件102的接收信号由合成器104以如下方式组合，即，在每一个接收路径上的水平调整器105中乘以增益加权函数并由此调整振幅，以便形成天线孔径平面分布。
每一个增益加权函数，按照第一实施例的方法，通过在频域中乘以诸如布莱克曼·哈里斯窗函数的窗函数并恢复为时域来产生，或者按照第二实施例的方法，通过扩展窗函数的峰值振幅点来产生。如此产生的增益加权函数用于天线孔径平面分布。由此，能够使波束合成损失最小化，同时能够有效地抑制天线图案和旁瓣。
(其它实施例)上面主要结合雷达设备的应用描述了本发明的具体实施方式
。但是，本发明不仅限于这些具体实施例，而是也能够应用到信号处理中。另外，上述实施例参照通过LAN连接到外部设备作为示例进行了描述。但是，本发明也能够应用其它接口连接，例如iLink连接和USB连接具有相同的效果。
其它优点和修改对于本领域的技术人员来说是显然的。因此，从广义上说，本发明不仅限于在此描述的具体细节和代表性实施例。相应地，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其他变更和修改，并且所有这些变更和修改均包括在由所附权利要求限定的本发明范围内。
权利要求
1.一种生成加权函数的方法，用于将预定特性附加到时域中的输入信号上，所述方法的特征在于包括在使用加权函数之前将时域变换为频域；在频域中将加权函数乘以窗函数；以及将频域变换回时域。
2.根据权利要求1所述的生成加权函数的方法，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
3.一种生成时域中的基准信号的方法，用以通过将基本信号与时域中的预定加权函数相乘而可靠地与输入信号相关，所述方法的特征在于包括在使用加权函数之前将时域变换为频域；在频域中将加权函数乘以窗函数；将频域变换回时域；以及将基本信号与在频域中乘以窗函数后的加权函数相乘，以生成时域中的基准信号。
4.根据权利要求3所述的基准信号生成方法，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
5.一种生成频域中的基准信号的方法，用以通过将基本信号与时域中的预定加权函数相乘而可靠地与输入信号相关，所述方法包括将基本信号从时域变换为频域；以及在频域中将基本信号乘以窗函数，从而生成频域中的基准信号。
6.根据权利要求5所述的基准信号生成方法，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
7.一种传输信号生成装置，其特征在于包括获取部件(11至13)，用于获取用以抑制传输信号的杂散频率分量的加权函数，事先从时域转换为频域、乘以频域中的窗函数并恢复为时域；以及乘法器(41)，用于将加权函数与传输信号的原始信号相乘，从而生成传输信号。
8.根据权利要求7所述的传输信号生成装置，其特征在于，根据传输信号的符号率而与加权函数相乘。
9.根据权利要求7所述的传输信号生成装置，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
10.一种信号处理装置，其特征在于包括接收器(62)，用于接收传输信号的反射波；复共轭函数生成部件(53、55至58)，用于生成复共轭函数，用以通过将传输信号与时域中的预定加权函数相乘对接收器(62)的接收信号进行脉冲压缩；以及脉冲压缩部件(63至65)，通过将接收器(62)的接收信号乘以复共轭函数生成部件(53、55至58)生成的复共轭函数对脉冲进行压缩；其中通过首先将加权函数乘以频域中的窗函数、然后在恢复为时域之后将加权函数与传输信号相乘，复共轭函数生成部件(53、55至58)生成复共轭函数。
11.根据权利要求10所述的信号处理装置，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
12.根据权利要求10所述的信号处理装置，其特征在于复共轭函数生成部件(53、55至58)包括复共轭函数存储单元(58)，用于存储多个复共轭函数，所述复共轭函数通过将传输信号乘以首先与频域中不同的窗函数相乘并恢复为时域的多个加权函数的每一个来生成；以及脉冲压缩部件(63至65)通过从复共轭函数存储单元(58)中切换相应于搜索距离的复共轭函数压缩脉冲。
13.一种信号处理装置，用于通过将被分析的信号傅立叶变换为频率轴上的分布来对信号进行分析，所述装置的特征在于包括获取部件(11至13)，用于获取用以抑制被分析信号的杂散泄漏的加权函数，事先从时域转换为频域、乘以频域中的窗函数并恢复为时域；以及乘法器(71)，用于将加权函数与傅立叶变换之前时域中的被分析信号相乘。
14.根据权利要求13所述的信号处理装置，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
15.一种天线装置，用于通过控制排列成阵列的多个元件(102)每一个的功率调度振幅形成任意孔径平面分布，所述装置的特征在于包括获取部件(11至13)，用于获取相应于所述孔径平面分布的每一个元件的增益加权函数，事先从时域转换为频域、乘以频域中的窗函数并恢复为时域；以及控制部件(103，105)，用于根据增益加权函数控制每一个元件(102)的功率调度振幅。
16.根据权利要求15所述的天线装置，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
17.一种生成加权函数的方法，用于将基于窗函数的特性附加到时域中的输入信号，所述方法的特征在于包括将峰值振幅点处窗函数的波形扩展，以生成对应于输入信号的单位时间的波形，从而生成加权函数。
18.根据权利要求17所述的加权函数生成方法，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
19.一种生成时域中的基准信号的方法，通过将基本信号乘以时域中基于窗函数的加权函数来确保与输入信号的相关，所述方法的特征在于包括将峰值振幅点处窗函数的波形扩展，以生成对应于输入信号的单位时间的波形，从而生成加权函数；以及通过将基本信号与加权函数相乘生成时域中的基准信号。
20.根据权利要求19所述的基准信号生成方法，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
21.一种生成频域中的基准信号的方法，通过将基本信号乘以频域中基于窗函数的加权函数来确保与输入信号的相关，所述方法的特征在于包括将峰值振幅点处窗函数的波形扩展，以生成对应于输入信号的单位时间的波形，并将所述波形转换到频域，从而生成加权函数；以及通过将基本信号与加权函数相乘生成频域中的基准信号。
22.根据权利要求21所述的基准信号生成方法，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
23.一种传输信号生成装置，其特征在于包括获取部件(14至17)，用于获取用以抑制传输信号的杂散频率分量的加权函数，通过将峰值振幅点处窗函数的波形进行扩展以生成对应于传输信号的单位时间的波形来生成；以及乘法器(41)，用于将加权函数与传输信号的原始信号相乘，从而生成传输信号。
24.根据权利要求23所述的传输信号生成装置，其特征在于，根据传输信号的符号率而与加权函数相乘。
25.根据权利要求23所述的传输信号生成装置，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
26.一种信号处理装置，其特征在于包括接收器(62)，用于接收传输信号的反射波；复共轭函数生成部件(53、55至58)，用于生成复共轭函数，用以通过将峰值振幅点处窗函数的波形进行扩展并生成对应于传输信号的单位时间的波形来生成加权函数，并通过将加权函数与传输信号相乘对接收器(62)的接收信号进行脉冲压缩；以及脉冲压缩部件(63至65)，通过将接收器(62)的接收信号乘以复共轭函数生成部件(53、55至58)生成的复共轭函数对脉冲进行压缩。
27.根据权利要求26所述的信号处理装置，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
28.根据权利要求26所述的信号处理装置，其特征在于复共轭函数生成部件(53、55至58)包括复共轭函数存储单元(58)，用于存储如下所述获取的多个复共轭函数，即，通过在峰值振幅点扩展多个不同窗函数每一个的波形以生成相应于传输信号的单位时间的波形来确定多个加权函数、然后将多个加权函数的每一个与传输信号相乘来获取所述多个复共轭函数；以及脉冲压缩部件(63至65)通过从复共轭函数存储单元(58)中切换相应于搜索距离的复共轭函数压缩脉冲。
29.一种信号处理装置，用于通过将被分析的信号傅立叶变换为频率轴上的分布来对信号进行分析，所述装置的特征在于包括获取部件(14至17)，用于获取用以抑制被分析信号的杂散泄漏的加权函数，通过将峰值振幅点处窗函数的波形进行扩展并生成对应于被分析信号的单位时间的波形来生成；以及乘法器(71)，用于将加权函数与傅立叶变换之前时域中的被分析信号相乘。
30.根据权利要求29所述的信号处理装置，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
31.一种天线装置，用于通过控制排列成阵列的多个元件(102)每一个的功率调度振幅形成任意孔径平面分布，所述装置的特征在于包括获取部件(14至17)，用于获取相应于所述孔径平面分布的每一个元件的增益加权函数，通过将峰值振幅点处窗函数的波形进行扩展并生成对应于孔径平面分布的波形来生成；以及控制部件(103，105)，用于根据增益加权函数控制每一个元件(102)的功率调度振幅。
32.根据权利要求31所述的天线装置，其特征在于，窗函数为汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼·哈里斯窗、平顶窗中的任意一种。
全文摘要
通过FFT(11)等将用于确定加权函数范围的矩形波形(S11)转换到频域，在乘法器(12)中与在频率轴上生成的窗函数(例如布莱克曼·哈里斯窗函数)相乘之后(S12)，通过IFFT(13)等将频域再次变换回时域，从而生成加权函数(S13)。
文档编号G01S7/282GK1667432SQ20051005455
公开日2005年9月14日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者青木善郎, 和田将一, 堀込淳一, 西本真吉 申请人:株式会社东芝