专利名称：雷达检测器中的数字接收器技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达检测器，更具体地，涉及用于在车辆位于警用雷达单元的检测范围内之前检测警用雷达信号的雷达检测器。
背景技术：
如果驾驶者超过了速度限制，则雷达检测器向使用警用雷达的驾驶者进行报警以及可能的交通事故引证。FCC已经将具有电磁频谱的若干区域分配用于警用雷达用途。警用雷达所使用的频带通常被称为X、K和Ka频带。每个频带与频谱的不同部分有关。X和K频带是相对窄的频率范围，而Ka频带是相对宽的频率范围。到二十世纪九十年代初期，警用雷达演变成其几乎能够在2600MHz宽的Ka频带内的任何位置处进行操作的程度。在那时，雷达检测器与包括类似于“甚宽(ultra wide)”和“超宽(super wide)”的描述性名称的模式并驾齐驱。近来，警察已经开始使用激光(光学)系统来检测速度。该技术称为LIDAR，即“激光雷达(light detection and ranging)”。不同于LIDAR，警用雷达通过测量车辆的返回频率中的多普勒频移(诸如正在靠近或后退的列车或急救车的增加音调(pitch)或减小音调)来直接确定车辆的速度。即时接通或脉冲式低功率雷达已经使用了许多年。在即将到来的一段时间，这将有可能构成尚未排他地转换到警用激光速度实施的任意区域中最经常发生的事情。大部分的当代警用雷达枪在宽的Ka频带雷达上进行操作。K频带雷达仍然非常普遍，因为其在历史上比Ka雷达有利。X频带也仍然被广泛地部署在一些区域中，然而，较新的数字(DSP)警用雷达枪正稳步地在线出现，其主要在更新的Ka频带上进行操作。雷达检测器典型地包括微波接收器和检测电路，该检测电路典型地用微处理器或数字信号处理器(DSP)来实现。微波接收器通常能够检测X、K和非常宽的Ka频带内的微波分量。在各种解决方案中，使用微处理器或DSP来做出关于信号从微波接收器传递的决定。已经示出，包括数字信号处理器的系统与基于传统微处理器的解决方案相比能够提供优异的性能，因为DSP具备快速地找到并辨别被埋入噪声中的信号的能力。当代雷达检测器中的DSP或微处理器是可编程的。因此，它们能够被指示来管理所有的用户接口特征，诸如输入开关、光、声音，以及生成针对微波接收器和/或激光检测器的控制与时序信号。在雷达检测器演进的早期，消费者寻找能够提供更好的方式来管理音量和报警信号的持续时间的产品。这些解决方案的好的示例在美国专利No. 4，631，542、5，164，729,5, 250，951和5，300，932中找到，这些专利中的每个专利都通过引用合并到本申请中，这些专利提供了用于调节由雷达检测器生成的响应的方法。
然而，这些和其他的雷达检测器仍然典型地具有基于模拟的检测方法，其通常涉及FM解调器。所得到的模拟信号之后由数字微控制器进行处理。使用模拟检测技术的问题在于，模拟检测具有慢的响应时间。由于检测器在搜索雷达信号时必须扫描宽的频率范围，所以扫描速度是检测器的重要方面。不幸的是，涉及FM解调器的模拟检测方法仅允许检测器在特定的时间查找窄的频带，以便相对于任意噪声能够实现对雷达信号的良好的灵敏度。窄带对于许多检测器已经面临的问题(即它们不能检测短的脉冲雷达信号，其中短的脉冲雷达信号会在X、K或Ka频带中的任意频率处出现)而言是有帮助的。换言之，通过使用窄带模拟检测方法来在响应时间与灵敏度之间实现良好的折衷已经变得非常困难。该问题近来已经变得甚至更加明显，因为更多的雷达枪已经开始实施短脉冲源，已知为弹出模式(POP-mode )雷达。弹出模式雷达背后的思想在原理上是简单的。如果雷达枪传送单个脉冲雷达波并且该传送仅持续67ms，则常规的雷达检测器将不能发现这样短的持续时间的雷达波束，因为它们正在繁忙地扫描(8冊印)(扫描(scan)) X、K和Ka频带中的多个频带。虽然弹出模式雷达的67ms版本已经被大部分的主要当代检测器制造商所缓解，但是弹出模式雷达的甚至更快版本已经被引入，其具有16ms的脉冲持续时间。即使当代检测器的顶级线模型对识别该更短持续时间弹出模式进行了处理，但是该检测器在每10次突发中仅有一次对脉冲波进行报警。因此，本领域中需要一种能够用足够的速度和灵敏度来扫描多个频带以便能够检测弹出模式和其他短持续时间突发的雷达检测器。
发明内容
本发明的实施方式提供一种检测雷达信号的方法。接收频率范围内的雷达信道数据，其中所述频率范围可以被划分成多个相等宽(equally wide)的信道。数字地处理并分析接收到的雷达信道数据，以识别所述频率范围内所述雷达信道数据中的信号。所述频率范围前进到所述多个信道中的下一信道，其中所述多个信道中的所述下一信道的频率范围与第一信道的频率范围可以是非按序(nonsequential)的。之后可以针对多个信道中的下一信道来重复接收、处理和分析的步骤。在一些实施方式中，数字地处理接收到的雷达信道数据包括将雷达信道数据的数字转换后样本与来自之前接收到的雷达信道数据的数字转换后样本同时进行平均。同时平均可以利用多个平均引擎并行地执行。在一些实施方式中，分析处理后的信道数据以识别频率范围内雷达信道数据中的信号包括将样本与预定阈值进行比较。该阈值可以是动态自适应阈值，其中该阈值适应于补偿温度变化。在一些实施方式中，可以利用伪随机信道模式来前进到多个信道中的下一信道。在其他实施方式中，可以从多个信道中随机选择多个信道中的下一信道。在这些实施方式中，可以采用统计分析来确定多个信道中的信道已经被分析的次数，从而确保多个信道中的每个信道都可以被周期性地分析。本发明的实施方式附加地提供用于检测雷达信号的装置。该装置包括接收器、处理器和平均器模块。所述处理器与接收器和平均器模块进行通信。所述处理器被配置成经由接收器来接收频率范围内的雷达信道数据。该频率范围被划分成多个相等宽的信道。处理器可以之后数字地处理接收到的雷达信道数据并分析处理后的信道数据以识别该频率范围内雷达信道数据中的信号。处理器将频率范围前进到所述多个信道中的下一信道，其中所述多个信道中的所述下一信道的频率范围与第一信道的频率范围是非按序的。之后处理器可以针对多个信道中的下一信道来重复接收、处理和分析的步骤。在一些实施方式中，接收器包括RF天线、多个本地振荡器和带通滤波器。多个本地振荡器在处理器的控制下对频率范围内的频带进行选择。在一些实施方式中，处理器通过在平均器模块中将雷达信道数据的数字转换后样本与来自之前接收到的雷达信道数据的数字转换后样本同时进行平均来数字地处理接收到的雷达信道数据。同时平均可以利用平均器模块中的多个平均引擎并行地执行。在一些实施方式中，处理器可以被配置成分析处理后的信道数据以识别频率范围中雷达信道数据中的信号通过将样本与预定阈值进行比较。这些实施方式中的阈值可以是动态自适应阈值，其中处理器可以被配置成使阈值适应于补偿温度变化。在一些实施方式中，处理器利用伪随机信道模式来前进到多个信道中的下一信道。在其他实施方式中，由处理器从多个信道中随机选择多个信道中的下一信道。在这些实施方式中，处理器可以统计地分析多个信道中的信道已经被分析的次数，以确保多个信道中的每个信道都被周期性地分析。
包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与上面给出的本发明的一般性描述以及下面给出的具体描述一起，用于解释本发明。图1是车辆从警用雷达接收雷达信号的图示。图2是根据本发明实施方式的雷达检测电路的框图。图3是示出了图2的雷达检测电路的数字处理的流程图。图4是示例性频率响应数据的图示。图5是图2的数字接收部分的具有噪声输入源的详细框图。图6是平均后的噪底(noise floor)的图示。图7A-图7C是不同平均配置下噪声频率数据的频率图。图8A-图8C是针对图7A-图7C中的频率图的相应柱状图。图9是在幅度范围内找到的样本的百分比与平均的数量的表格。图10是对影响检测器系统的最终灵敏度的因素进行总结的表格。应当理解，附图不必按比例绘制，从而呈现说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。这里公开的操作序列的具体设计特征，包括例如各种所示部件的具体尺寸、方向、位置和形状，将部分地由特定的期望应用和使用环境所确定。已经相对于其他特征而放大或失真了所示实施方式的某些特征，以便于可视化和清晰理解。特别地，薄的特征可以被加厚，例如出于清楚或说明的目的。
具体实施例方式本发明的实施方式实施了直接IF采样技术。该方法并不涉及FM解调器。可以由宽带模数转换器对检测器的中间频率进行数字化，并且之后可以在数字域中对数据的所得到的数字流进行完全处理，从而使得这些实施方式真正为数字雷达检测器。采用数字技术的实施方式也通过宽带数字采样来实现响应时间的明显提高以及灵敏度的增加。现在参照图1，车辆10被示出在车道上操作，该车辆暴露在来自各种源的射频信号之下，所述各种源包括警用源(诸如雷达枪12)以及来自周围商业场所、住宅等的干扰的其他非警用源(未示出)。车辆10配备有雷达检测器，该雷达检测器即能够检测警用源和非警用源。在一些实施方式中，雷达检测器还能够例如通过使用相关联的GPS接收器或者如在本发明的受让人的美国专利6，670，905中所公开的那样可替换地接收基于陆地的信号(诸如LORAN (远距离无线电导航系统))来识别车辆目前的坐标和/或速度，该美国专利6，670，905的全部内容通过引用合并到本申请中。在这些实施方式中，雷达检测器能够使用这些信息来增强其决策能力。如图2所示，雷达检测器14包括处理器16，用于控制检测器14的所有功能。处理器16从微波接收器26接收关于雷达信号的信息。在一些实施方式中，并且如图2中所示，三个本地振荡器20、22、24是超外差接收器结构26的一部分。来自每个本地振荡器20、
22、24的信号驱动混频器28、30、32，其中混频器28、30、32将输入信号下变频成中间频率以易于处理。在每一级处，混频器28、30、32通过原始与LO 20、22、24频率之间的差异来创建频率组处的输入信号的副本。来自前两级的信号在被传送到下一级之前被放大器34、36放大。在当代检测器中，通常使用通过应用斜坡控制电压(ramp control voltage)的模拟方法来控制第一本地振荡器20，以便实现频率扫描。在图2的实施方式中，使用三倍转换超外差接收器26来帮助提供更大的能力以用于实现必要的增益和选择性以及通过为振荡器恰当地选择频率来避免虚假产物，但是本领域普通技术人员将意识到也可以使用其他数量的振荡器、混频器和放大器。来自超外差接收器26的频移输入之后通过带通滤波器38发送，该带通滤波器38的带宽可以基于通过感兴趣频率范围的步长(st印)的数量进行选择。由处理器16改变第一 LO 20和第二 LO 22的频率的步长。在每一步长处，带宽部分(这里也称为信道)由模数转换器(ADC) 40进行数字化并由FFT 42和平均器44模块在处理器16的指示下进行处理。通过使用FFT 42，在检测器14中实施的所有信号处理、检测和识别都可以数字地且在频域中执行。在处理之后，处理器16将第一和第二 LO 20,22改变成频率与下一信道相对应并且重复该过程。在一些实施方式中，FFT 42、平均器44和处理器16可以在FPGA 46或ASIC上实现。在其他实施方式中，这些部件可以集成在处理器中或者被实现为单独的硬件部件。通过使用与常规DSP处理器不同的FPGA 46，可以以更低的成本实现提高的数字处理吞吐量。另外，FPGA 46允许若干数字功能的实现方式并行地执行，诸如平均器44。在运行多个并行的(concurrent)平均引擎(其在平均期间对相同的信号进行处理)时，并行处理能力可以有助于实现时间的减少。在一些实施方式中，处理器16还可以被编程为依赖于其所存储的程序而以各种方式管理和报告检测到的信号。雷达检测器14的实施方式还可以包括用户输入键盘48或开关。处理器16还可以连接到显示器50，该显示器50可以包括一个或多个发光二极管以用于指示各种状态情况，或者在具有更多特征的设备中可以包括文字数字或图形显示器以用于向用户提供详细的信息。还可以提供扬声器52以使得处理器16能够在各种警报情况下向用户传递声音反馈。
处理器16还可以包括其他接口(未示出)，诸如ODB II兼容的接口，以用于连接到被构建到车辆10中的车辆电子系统。更现代的车辆通过使用所谓的ODB II标准接口而被配备有标准化的信息系统。该标准接口由LarryCarley于1997年I月份在ImportCar中的名称为“ODB II Diagnostics”的文章中描述,该文章通过引用合并到本申请中。通过使用ODB II标准接口，处理器16能够直接从车辆获得车辆速度和其他车辆状态信息。感兴趣的整个带宽大约为3GHz。在一些实施方式中，整个带宽可以被有效地划分成大约300个信道，每个信道大约IOMHz宽。在这些实施方式中，第一和第二本地振荡器20,22中的改变的组合可以产生超外差接收器26中输入RF频率的有效IOMHz步长。在其他实施方式中，该带宽可以以不同的带宽被划分成不同数量的信道。在每个大约IOMHz的步长处，以及如图3中的流程图60所示的那样，下面的过程可以发生。首先，将信道下变频成中间频率以用于处理(框62)。在一些实施方式中，ADC 40获取数据的1024个样本(框64)以创建数据的数字快照(snapshot)，但是也可以使用其他数量的样本。接下来，在处理器16的控制下运行的FFT处理器42将来自时域的采样数据转换到频域中(框66)。之后，可以将新的频率数据与来自同一信道的若干之前的扫描/快照一起进行平均(框68)，以帮助降低峰峰噪声变化。该过程有效地降低了噪底并提高了所得到的灵敏度。然而，向频谱的一部分施加较多的平均，就需要较长的时间来完成分析。因此，为了检测具有较长持续时间的弱信号，应用较大量的平均是恰当的；然而，对于具有短持续时间的更强信号，应当应用较少的平均以维持快速响应。为了有助于较快的响应时间，如之前阐述的，可以使用同时执行频率数据的分析的多个平均引擎来实现平均。FPGA46的并行数字传递方式(pipeline)的使用可以有助于实施并行处理以实现速度和灵敏度两者，诸如通过并行运行的若干平均引擎的实现方式。结果，短持续时间但较强的信号(诸如砰声(POP))可以在Xl或X8平均引擎的输出处被检测到，以及同时，弱信号也可以在X64平均引擎的输出处被检测到。(XI、X8和X64平均量仅是针对特定实施方式的平均分布的一个可能的方案。其他实施方式可以采用其他的平均分布)。最后，分析频谱中每个频率分量的幅度并识别频谱中存在的任意信号(框70)。在频域中执行的全数字处理可以有助于产生感兴趣频谱中大的带宽范围的频谱快照。在一些实施方式中，这可以之后向数字处理器提供使用模式(pattern)识别技术来分析并检测特定类型的雷达源的机会。例如，某些车辆中采用的停车辅助系统或自动巡航控制雷达系统可以基于由接收到的信号的高速DSP频谱分析所确定的信号中的特定频率分量以及它们彼此的特定关系来生成假报警，除非信号源被正确地识别。在分析完成时，对下一信道进行分析。如果有另一信道需要分析(判定框72的“是”分支)，则处理器调整第一和第二 LO 20,22的频率(框74)而且该过程在框62处继续。如果没有另外的信道(判定框72的“否”分支)，则将第一和第二 LO 20,22的频率复位成感兴趣区域的基频率(框76)并且该过程在框62处继续。下面就最终灵敏度以及处理时间和实现成本的要求方面来检查该系统的潜在能力。图4中的图形80示出了频率响应数据看起来是什么样的样本。曲线84的宽的山82表示信道带宽，以及中心中的峰86是将被检测的信号。在一些实施方式中，检测方案可以采用恰好高于频谱中的最高噪声峰值的阈值。该系统的灵敏度会受到许多因素的影响，其中的两个因素包括带宽和峰峰变化。第一因素是最终系统带宽。通过减小最终系统带宽来降低该系统的绝对(平均)噪底是有可能的。采样系统的最终带宽依赖于采样率和样本的数量
权利要求
1.一种检测雷达信号的方法，该方法包括 接收频率范围内的雷达信道数据，其中所述频率范围被划分成多个相等宽的信道； 数字地处理接收到的雷达信道数据； 分析处理后的信道数据以识别所述频率范围内的所述雷达信道数据中的信号； 将所述频率范围前进到所述多个信道中的下一信道，所述多个信道中的所述下一信道的频率范围与第一信道的频率范围是非按序的；以及 针对所述多个信道中的所述下一信道来重复接收、处理和分析的步骤。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述频率范围涵盖X、K和KaRF频带。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，数字地处理接收到的雷达信道数据包括 将所述雷达信道数据的数字转换后的样本与来自之前接收到的雷达信道数据的数字转换后的样本同时进行平均， 其中，所述同时平均利用多个平均弓I擎并行地执行。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，分析处理后的信道数据以识别所述频率范围内的所述雷达信道数据中的信号包括 将样本与预定阈值进行比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阈值是动态自适应阈值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述阈值适应于补偿温度变化。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，利用伪随机信道模式来前进到所述多个信道中的所述下一信道。
8.根据权利要求I所述的方法，其中，所述多个信道中的所述下一信道从所述多个信道中随机选择。
9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括 统计地分析所述多个信道中的信道已经被分析的次数，以确保所述多个信道中的每个信道都被周期性地分析。
10.一种检测雷达信号的装置，该装置包括 接收器； 处理器；和 平均器模块， 其中所述处理器与所述接收器和所述平均器模块进行通信，并且所述处理器被配置成 经由所述接收器接收频率范围内的雷达信道数据，其中所述频率范围被划分成多个相等宽的信道； 数字地处理接收到的雷达信道数据； 分析处理后的信道数据以识别所述频率范围内的所述雷达信道数据中的信号； 将所述频率范围前进到所述多个信道中的下一信道，其中所述多个信道中的所述下一信道的频率范围与第一信道的频率范围是非按序的；以及 针对所述多个信道中的所述下一信道来重复接收、处理和分析的步骤。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述接收器包括 RF天线；多个本地振荡器；以及 带通滤波器， 其中所述多个本地振荡器在所述处理器的控制下对所述频率范围内的频带进行选择。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述处理器通过以下方式数字地处理接收到的雷达信道数据 在所述平均器模块中将所述雷达信道数据的数字转换后的样本与来自之前接收到的雷达信道数据的数字转换后的样本同时进行平均， 其中所述同时平均利用所述平均器模块中的多个平均引擎并行地执行。
13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述处理器被配置成通过以下方式分析处理后的信道数据以识别所述频率范围内的所述雷达信道数据中的信号 将样本与预定阈值进行比较。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述阈值是动态自适应阈值。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述处理器还被配置成使所述阈值适应于补偿温度变化。
16.根据权利要求10所述的装置，其中，所述处理器利用伪随机信道模式来前进到所述多个信道中的所述下一信道。
17.根据权利要求10所述的装置，其中，所述多个信道中的所述下一信道由所述处理器从所述多个信道中随机选择。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述处理器还被配置成 统计地分析所述多个信道中的信道已经被分析的次数，以确保所述多个信道中的每个信道都被周期性地分析。
19.根据权利要求10所述的装置，该装置还包括 用户接口。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述用户接口包括 扬声器; 显不器；以及 键盘。
全文摘要
提供了用于检测雷达信号的方法和装置。接收频率范围内的雷达信道数据，其中所述频率范围被划分成多个相等宽的信道。数字地处理并分析接收到的雷达信道数据，以识别所述频率范围内所述雷达信道数据中的信号。所述频率范围前进到所述多个信道中的下一信道，所述多个信道中的所述下一信道的频率范围与第一信道的频率范围是非按序的。针对所述多个信道中的所述下一信道来重复接收、处理和分析的步骤。
文档编号G01S7/36GK102985843SQ201180026491
公开日2013年3月20日 申请日期2011年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者I·彻尔纽克赫因 申请人:护航制造公司