用于减少频率调制连续波高度仪系统中的自干涉效应的系统补偿方法
【专利摘要】本发明提供一种高度仪系统。该高度仪系统包括：接收器混频器，包括天线输入端和本地振荡器输入端；收发器环行器，通过具有选定长度的传输线通信地耦合到天线并且通信地耦合到该接收器混频器的天线输入端；以及发射器，被配置为通过该收发器环行器向天线输出发射器信号。发射器信号是用线性斜坡进行频率调制的。该发射器通信地耦合到该接收器混频器以在该接收器混频器的本地振荡器输入端处输入本地振荡器信号。该接收器混频器被通信地耦合以在该接收器混频器的天线输入端处输入来自该天线的目标反射信号。设置该传输线的该选定长度，使得在该接收器混频器的天线输入端处的合成泄漏信号在扫描带宽上具有线性相位。
【专利说明】用于减少频率调制连续波高度仪系统中的自干涉效应的系统补偿方法
【背景技术】
[0001]用于飞行器的无线电高度仪被要求測量从超过6000英尺到小于4英尺的高度(范围)。由于通过引起自干涉的各种路径的短路径收发器泄漏，单天线频率调制连续波(FMCff)高度仪系统具有短范围的限制。由于收发器环行器的有限方向性以及从(离开)天线进入接收器的发射器信号的反射，短路径收发器泄漏信号是组合泄漏信号的主要結果。由于收发器环行器的有限方向性所导致的泄漏信号在本文中被称作“环行器泄漏信号”。从天线进入接收器的发射器信号的反射在本文中被称作“天线反射泄漏信号”。
[0002]环行器泄漏信号和天线反射泄漏信号在接收器处的叠加生成自干涉，其可以遮蔽实际的短范围目标回波。环行器泄漏信号和天线反射泄漏信号通常通过它们不同的泄漏路径来具有略微不同的时延。当环行器泄漏信号和天线反射泄漏信号在接收器混频器处相干重组时，它们形成合成泄漏信号，其具有相同的频率但是相对频率在相位和幅度中变化。合成泄漏信号在接收器混频器中被转换为非常低的频率差分信言号，其是合成泄漏信号的相位调制和幅度调制两者的检测的結果。如果目标范围较小，例如3至4英尺，那么目标反射信号的中频(IF)比合成泄漏信号的IF略高，并且，高度仪系统没有足够的频率分辨率来将它们分离为单独的信号。接收器混频器输出信号失真，导致范围误差、检测遗漏、或者严重虚假的范围确定。
[0003]因而，来自短路径收发器泄漏信号的自干涉对于超短范围性能是显著的限制因素。
【发明内容】
[0004]本发明的具体实施例提供了用于高度仪系统的方法和系统，并将通过阅读和研究以下说明书来理解。
[0005]本申请涉及高度仪系统。该高度仪系统包括:接收器混频器，包括天线输入端和本地振荡器输入端；收发器环行器，经由具有选定长度的传输线通信地耦合到天线并且通信地耦合到所述接收器混频器的天线输入端；以及发射器，被配置为经由所述收发器环行器向所述天线输出发射器信号。用线性斜坡来对发射器信号进行频率调制。发射器通信地耦合到所述接收器混频器以在所述接收器混频器的本地振荡器输入端处输入本地振荡器信号。接收器混频器被通信地耦合，以在所述接收器混频器的天线输入端处输入来自所述天线的目标反射信号。目标反射信号是从目标反射到所述天线的。所述传输线的选定长度被设定使得在所述接收器混频器的天线输入端处的合成泄漏信号具有在扫描带宽上的线性相位。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1A示出了以频率相对时间被线性斜坡的示例性频率调制连续波(FMCW)发射器
信号；[0007]图1B示出了图1A中的示例性FMCW发射器信号和示例性目标反射信号的斜坡段；
[0008]图2是根据本发明的高度仪系统的一个实施例的框图；
[0009]图3示出了现有技术的高度仪系统的实施例的各种相位和幅度响应，展现了由于天线回波损失幅度零位(antenna-retum-loss amplitude nulls)而导致的强非线性相位；
[0010]图4示出了现有技术的高度仪系统的实施例的各种相位和幅度响应，展现了由于合成泄漏幅度零位(composite-leakage-amplitude nulls)而导致的非线性相位；
[0011]图5A示出了根据本发明的高度仪系统的一个实施例的各种相位和幅度响应； [0012]图5B示出了与现有技术的接收器混频器的输出电压相对比的根据本发明的图2中的接收器混频器的示例性输出电压；以及
[0013]图6是根据本发明的用来在单天线频率调制连续波(FMCW)高度仪系统中減少自干渉的方法的一个实施例的流程图。
[0014]在各种附图中相同的附图标记和标示表示相同的元件。
【具体实施方式】
[0015]本文中描述的单天线FMCW高度仪系统和操作方法将来自短路径收发器泄漏信号的自干涉效应最小化，所以高度仪系统精确地探测小于4英尺的范围(到目标的距离)。FMCW系统是零差(homodyne)系统，其中直接从发射器信号导出至接收器混频器的本地振荡器(LO)信号。在一些情况下，LO信号是从发射器输出端直接耦合(馈送)到混频器的LO输入端的发射器信号的采样。本文中可互換地使用术语“高度仪”，“雷达高度仪”，和“无线电高度仪”。
[0016]图1A示出了以频率相对时间被线性斜坡的示例性频率调制连续波(FMCW)发射器信号210。在雷达或者无线电高度仪的FMCW操作期间，发射器信号210用线性斜坡重复地进行频率调制(即，在正方向或者反方向上以恒定速率相对时间进行重复的频率扫描)。每一个重复的频率扫描是频率啁啾声。图1A的示例性斜坡段，一般以210 (1-N)表示，其中N是正整数，频率范围从fmin到fmax并且在正方向上进行扫描。从fmin到fmax的频率范围内的频率部分在本文中被称为扫描带宽211。如本文中所定义的，术语“扫描带宽211”是雷达高度仪可用的“可用带宽”。扫描带宽211在本文中还被称为“高度仪系统的操作带宽”。
[0017]可用带宽一般稍小于“总频率扫描(total frequency sweep) ”,其在图1A中被示出为“ fmax_fmin ”。扫描带宽211的通常范围等于或大于fmin+ [0.1 (fmax-fmin)]到fmax-[0.l(fmax-fmin)]或者≥总扫描带宽(fmax_fmin)的80%或更大。可用带宽稍微有些取决于最大目标范围要求，因为LO信号和目标回波信号在最大范围处具有最小扫描重叠。在此实施例的一个实施方式中，可用带宽在总扫描带宽的80-85%之间。在此实施例的另ー个实施方式中，可用带宽是总扫描带宽的85%。在此实施例的又另ー个实施方式中，可用带宽是总扫描带宽的约90%。
[0018]发射器信号210在时间A t上从fmin扫描到fmax。在高度仪的FMCW操作期间重复这种扫描，使得发射器信号210具有如图1A所示的锯齿形图案。在此实施例的一个实施方式中，发射器信号210的扫描具有三角形图案。
[0019]图1B示出了图1A中的示例性FMCW发射器信号210和示例性目标反射信号220的斜坡段。图2是根据本发明的高度仪系统10的一个实施例的框图。该高度仪系统10包括:发射器100，收发器环行器110，接收器混频器120，本地振荡器(LO)延迟线130，接收器中频(IF)模块140，传输线145，和天线150。接收器混频器120包括天线输入端121和本地振荡器输入端122。收发器环行器110具有一般以111表示的方向性。收发器环行器110通过具有选定长度Lseleeted的传输线145通信地耦合到天线150。
[0020]发射器信号210在发射器100处生成。发射器信号210通过收发器环行器110引导到天线150。发射器信号210通过天线150发射并且从天线150传播到目标50。发射器信号210的至少一部分被目标50反射，作为目标反射信号220回到天线150。目标反射信号220在天线150处被接收并且通过收发器环行器110传播到接收器混频器120的天线输入端121。发射器信号210还被引导到LO延迟线130。LO延迟线130延迟所接收的发射器信号210并将LO信号230输出到接收器混频器120的本地振荡器输入端122。
[0021]如图1B所示，对于h与t2之间的时间范围，在接收器混频器120的天线输入端121处输入的目标反射信号220的频率与在接收器混频器120的本地振荡器输入端122处输入的本地振荡器信号230的频率相差一个常量(A f)。这个频率差等于在发射器信号210行进从发射器到目标并返回接收器的距离所需的时间减去LO延迟时间的期间已经出现的频率扫描的量。因此，从天线150到目标50的距离dtoget与频率差Af?成比例。从接收器混频器120的IF输出端123输出的是中频(IF)信号245，其具有等于频率差A f的频率。接收器中频(IF)模块140处理IF信号245以确定到目标50的距离dtarget。
[0022]发射器信号210通过高度仪系统10内的泄漏路径泄漏进入接收器混频器120。如图2所示，环行器泄漏信号242是后向耦合在收发器环行器110中的发射器信号210的部分(即，沿与收发器环行器110的低损失旋转方向111相反的方向发射)。该低损失旋转方向111在本文中也被称为“方向性111”。天线反射泄漏信号241是(在天线150与传输线145之间的界面124处)从天线150反射进入接收器混频器120的发射器信号210的部分。环行器泄漏信号242和天线反射泄漏信号241在接收器混频器120的天线输入端121处叠加成为合成泄漏信号240。因此，合成泄漏信号240是天线反射泄漏信号241和环行器泄漏信号242在接收器混频器120的天线输入端121处的相干叠加。
[0023]将高度仪系统10设计为控制接收器混频器120的输出以避免由于合成泄漏信号240的相位和/或幅度检测而导致的自干扰(self-1nterference)。为了获得精确的超短范围(1-4英尺)性能，接收器混频器输出信号必须具有很少或者没有由于内部泄漏导致的交流(AC)成分，其可能由超短范围目标反射产生的非常低的频率的IF信号。具体地，发射器输出的相位在扫描带宽211上是线性的，在接收器混频器的天线输入端121处的合成泄漏信号240的相位在扫描带宽上是线性的，并且在接收器混频器120的本地振荡器输入端122处的LO信号230的相位与合成泄漏信号240的相位保持正交关系(90°或者270° )。通过保持LO信号230与合成泄漏信号240之间的正交相位关系，通过接收器混频器120的相位检测器特性将合成泄漏信号240中的能量转换为零伏IF信号245。因此，高度仪系统10能够确定从高度仪系统10到目标50的小于4英尺的超短距离。
[0024]为了确保在接收器混频器120的天线输入端121处的合成泄漏信号240的相位在扫描带宽211上是线性的，合成泄漏信号240得到非常精确的补偿，使得在接收器混频器120的输出端123处相位调制(PM)和幅度调制(AM)检测两者都置于零位。[0025]图3示出了现有技术的高度仪系统的实施例的各种相位和幅度响应，展现了由于天线回波损失幅度零位而导致的强非线性相位。如此本文定义的，相位响应是信号的相位角相对频率。如本文所定义的，幅度响应是信号的幅度相对频率。如本文所定义的，“天线回波损失幅度零位”(在本文中还被称为“天线回波信号中的幅度零位”)是在接收器混频器的天线输入端处从天线接收的天线反射信号的幅度响应中的局部最小值。因为频率在扫描频率范围(即，扫描带宽)上反复地发啁啾声，所以扫描频率范围中的任何天线回波损失幅度零位以每个频率啁啾声被重复。如图3所示，扫描带宽211在垂直短划线450和451之间。如图3所示，示例性扫描频带从4200MHz延伸到4400MHz，其它范围也是可能的。
[0026]曲线409是从现有技术的高度仪系统中的天线反射的天线回波信号的幅度响应。曲线409中示出了天线回波损失幅度零位在大约4220MHz和4380MHz。天线回波损失幅度零位是调谐天线匹配阻抗以便以最大功率传输进入天线的結果。幅度响应中的零位在相位响应曲线410中还表现出相位非线性。因此，合成泄漏幅度曲线408和相位曲线406还分别包含零位和非线性。
[0027]在收发器环行器110的天线输入端处输入的天线回波信号的以度为単位的相位角相对频率(相位响应)在曲线410中示出。曲线410在大约4220MHz和4380MHz处具有大的相位非线性，与在大约4220MHz和4380MHz处的天线回波损失幅度零位相对应。
[0028]在接收器混频器的本地振荡器输入端处输入的本地振荡器信号的以度为単位的相位角相对频率(相位响应)是曲线405。由于发射器与接收器混频器之间的LO路径包括功率耦合电路和传输线延迟线，在本地振荡器输入端处的相位响应相对频率是线性的。在接收器混频器120的天线输入端处输入的合成泄漏信号的以度为単位的相位角相对频率(相位响应)在曲线406中示出。合成泄漏信号相位响应还在大约4220MHz处和在大约4380MHz处展现出相位非线性。
[0029]LO信号(曲线405)的相位响应与合成泄漏信号(曲线406)的相位响应之间的相位角之差被示出为曲线407。正交调整是通过调整延迟线长度直到曲线407最接近地沿着270度或者90度相位角线展开来完成的。如图3所示，由于合成泄漏的相位非线性，曲线407在4220MHz和4380MHz附近弯曲远离270度相位线，其归因于在4220MHz和4380MHz附近的天线回波损失相位非线性。
[0030]图4示出了现有技术的高度仪系统的实施例的各种相位和幅度响应，展现了由于合成泄漏幅度零位而导致的强非线性相位。如图4所示，由于具有相似的幅度但是具有180°相位差的两个泄漏信号相干相减而导致的合成泄漏幅度零位被展现在扫描带宽211内。合成泄漏信号的幅度响应在曲线418中示出。曲线418示出了在约4327MHz处的合成泄漏幅度零位。如本文所定义的，“合成泄漏幅度零位”是在接收器混频器的天线输入端处所接收的合成泄漏信号的幅度响应中的局部最小值。
[0031]合成泄漏幅度零位归因于由形成合成泄漏信号的泄漏信号之间的干扰所引起的180度取消。具体地，当环行器泄漏信号与天线反射泄漏信号之间的相位差在接收器混频器的天线输入端处为180度时，合成泄漏信号的幅度具有局部最小值。当环行器泄漏信号与天线反射泄漏信号之间的相位差在接收器混频器的天线输入端处为180度时，环行器泄漏信号和天线反射泄漏信号相干地相減，并且合成泄漏信号的幅度置于零位(转向零)。
[0032]曲线419是天线反射泄漏的幅度响应。如图4所示，曲线419不具有任何显著的天线回波损失幅度零位。因此，图4仅示出了由于相干相减而导致的合成泄漏幅度零位的负面效应。在图4中，扫描频率范围与图3中所示的相同。
[0033]在接收器混频器的天线输入端处输入的天线反射泄漏信号的以度为単位的相位角相对频率(相位响应)在曲线420中示出，其在扫描频率范围211上是线性的。在接收器混频器的本地振荡器输入端处输入的本地振荡器信号的以度为单位的相位角相对频率(相位响应)是曲线415，其在扫描频率范围211上是线性的。
[0034]在接收器混频器的天线输入端处输入的合成泄漏信号的以度为単位的相位角相对频率(相位响应)在曲线416中示出。由于合成泄漏信号的相位在合成泄漏幅度零位附近相对频率反转(变化)其斜率，所以曲线416在频率4327MHz附近具有相位非线性，与曲线418中大约4327MHz处的合成泄漏幅度零位相对应。
[0035]LO信号(曲线415)的相位响应与具有用于正交(270° )的调整的合成泄漏信号(曲线416)的相位响应之间的相位角之差在曲线417中示出。用于正交的调整是通过调整延迟线长度直到曲线417最大接近地沿着270度(或者90度)相位角线展开来完成的。
[0036]当天线反射泄漏信号的幅度比环行器泄漏信号幅度大大约十分之一(I / 10)吋，其对合成泄漏信号的贡献足以将将非线性相位特征给予到合成泄漏信号上。
[0037]因此，如图3和4所示，为了能够精确检测小于4英尺的范围(到目标的距离)，现有技术中的单天线FMCW雷达系统需要解决两类问题。为了使合成泄漏信号240在可用的扫描频率范围(频带宽度211)上与LO信号230正交，合成泄漏信号240的相位特征相对频率必须也是线性的。如上所述，合成泄漏信号240主要包括环行器泄漏信号242和天线反射泄漏信号241的组合。这两个信号在输入端处相干地组合到混频器。
[0038]合成泄漏信号的相位相对频率受到如下两个条件的高度影响:天线反射泄漏信号相位；以及环行器泄漏信号242与天线反射泄漏信号241之间的相位差。为了解决前一条件，天线150的输入阻抗被调谐为使得反射信号没有幅度零位，并且因此也没有相关联的相位非线性。如本文中描述的高度仪系统和操作方法通过使用具有选定长度Lsル。-的传输线145来解决后一条件。
[0039]环行器泄漏的路径长度一般是不可变的。选定长度Ls6l6rf6d的适当选定具有将合成泄漏幅度零位向更高或者更低频率上移动以及移动到频率带宽211之外的效应。选择选定长度Lselerted以使得任何合成泄漏幅度零位在操作范围之外并且相位响应在扫描范围211内是实质上线性的。
[0040]由于接收器混频器对于合成泄漏信号既作为相位检测器，又作为幅度检测器，所以仅存在ー个条件，所述条件保证接收器混频器的DC电压IF输出，使得内部泄漏不产生任何AC电压来干扰超短范围目标回波信号的检测。如果合成泄漏信号240按照历来的情况(參见图5A中的曲线508)不具有恒定的幅度响应，则LO信号230与合成泄漏信号240之间的相位关系必须是正交的(90度或者270度)(參见图5A中的曲线507)以使得相位检测在接收器混频器IF输出端246处对于合成泄漏的所有幅度产生0VDC。当合成泄漏相位响应是线性的时，在LO路径中的传输线(延迟线)的长度被设计为在扫描范围211上在接收器混频器处产生正交条件。
[0041]图5A示出了根据本发明的高度仪系统10的实施例的各种相位和幅度响应。图5A示出了针对高度仪系统10的合成泄漏信号240的相位响应和幅度响应的示例，在所述高度仪系统10中，传输线145具有选定长度Lseleetedtj对于该高度仪系统10，通过适当地选定选定长度Lseleeted将合成泄漏幅度零位移动到高于和低于高度仪系统10的操作带宽211。选定选定长度Lseleeted,因而天线反射泄漏信号241在其上行进的路径适当地以扫描范围211上的合成泄漏响应为中心。
[0042]在图5A中，合成泄漏信号的幅度响应在曲线508中示出。曲线508是平滑的，并且在扫描范围211中没有零位。因此，不存在由于在接收器混频器120的天线输入端121处的环行器泄漏信号242与天线反射泄漏信号241之间的180度干涉而导致的合成泄漏幅度零位。曲线509是从天线反射的天线回波信号的幅度响应，由于对在天线输入端124(图2)处的天线输入阻抗进行适当地调谐，其也相对平直。因此，曲线509没有任何显著的天线回波损失幅度零位。
[0043]在接收器混频器的天线输入端处输入的天线回波信号的以度为単位的相位角相对频率(相位响应)在曲线510中示出，其在扫描频率范围211上是线性的。在接收器混频器120的本地振荡器输入端122处输入的本地振荡器信号230的以度为单位的相位角相对频率(相位响应)是曲线505，其在扫描频率范围211上是线性的。
[0044]在接收器混频器的天线输入端处输入的合成泄漏信号的以度为単位的相位角相对频率(相位响应)在曲线506中示出。曲线506具有线性相位，如由如下事实表明:在曲线508中示出的合成泄漏信号240的幅度响应在扫描频率范围211内没有幅度零位。
[0045]LO信号的相位响应(曲线505)与具有正交(270° )调整的合成泄漏信号的相位响应(曲线506)之间的相位角之差在曲线507中示出。用于正交的调整是通过调整LO延迟线130的长度直到曲线507最接近地沿着270度相位角线展开来完成的。曲线507中示出的相位角之差在整个完整的扫描频率范围211上是平直的，并且精确地沿着270度相位角线展开。
[0046]图5B示出了与现有技术的接收器混频器的输出电压相对比的根据本发明的图2的接收器混频器120的示例性输出电压。图2的高度仪系统10的接收器混频器120的预期输出电压被示出为曲线520，接收器混频器120的预期输出电压输入了图5A的完全补偿的相位响应。输入了图3的相位响应的接收器混频器的预期输出电压被示出为曲线522。输入了图4的相位响应的接收器混频器的预期输出电压被示出为曲线521。来自接收器混频器120的输出电压520与现有技术接收器混频器的接收器混频器的预期输出电压相比是相对平直的。具体地，与从无补偿的现有技术的系统输出的电压521和522相比，输出电压520在高度仪系统10的操作带宽上是具有极少AC电压的DC电压。
[0047]合成泄漏幅度零位通过将传输线设置为选定长度Lselerted来校正，以确保两个泄漏信号在贯穿扫描频率范围上具有接近零(0)度的相位差。具体地，參考图2，在图4中图示的问题通过设置选定长度Lseleeted的传输线145来校正，使得接收器混频器120的天线输入端121处的合成泄漏信号240在扫描带宽211上具有线性相位。
[0048]图2的高度仪系统10确保合成泄漏信号240与LO信号230之间的幅度和相位关系在扫描带宽211上是恒定的，以产生恒定的或DC检测的输出电压(如图5B所示的曲线520)。图2的高度仪系统10的天线150被设计为在扫描频率范围上具有相对恒定的回波损失和线性回波相位。
[0049]总之，单天线频率调制连续波(FMCW)高度仪系统中的自干涉按如下进行減少。通过将合成泄漏幅度零位移动到高度仪系统10的操作带宽211之外，将输入到接收器混频器120的天线输入端121的合成泄漏信号240的相位控制为在扫描带宽211上是线性的。选定传输线145的选定长度以确保输入到接收器混频器120的天线输入端121的合成泄漏信号240在扫描带宽211上是线性的。对天线150的输入阻抗进行调谐以从高度仪系统10的操作带宽211中去除天线回波损失幅度零位。对天线的输入阻抗进行调谐的技术在现有技术中是公知的。
[0050]图6是根据本发明的用来在单天线频率调制连续波(FMCW)高度仪系统中減少自干涉的方法600的一个实施例的流程图。參考图2的单天线频率调制连续波(FMCW)高度仪系统10来描述方法600，但是方法600还适用于其它的高度仪系统。
[0051]在块602处，在发射器100处生成在高度仪系统10的操作带宽211的频率上具有线性斜坡的发射器信号210。
[0052]在块604处，对天线150的输入阻抗进行调谐以将天线回波损失幅度零位及其相关联的相位非线性移动到高度仪系统10的操作带宽211之外。天线阻抗的该调谐带来在操作带宽211内的线性相位响应。
[0053]在块606处，将在合成泄漏信号的相位响应中的合成泄漏幅度零位和相关联的相位非线性移动到高度仪系统10的操作带宽211之外。合成泄漏信号240是天线反射泄漏信号241和环行器泄漏信号242在接收器混频器120的天线输入端121处的相干叠加。传输线145的选定长度Lseleeted被选定为确保在天线反射泄漏信号241与环行器泄漏信号242之间的任何180度相位差在扫描带宽211之外的频率处出现。以这种方式，输入到接收器混频器120的天线输入端121的合成泄漏信号240的相位响应被控制为在扫描带宽210上是线性的。
[0054]在块608处，通过调整LO延迟线130的相位长度，调整输入到接收器混频器122的本地振荡器输入端122的本地振荡器信号230的相位，以在高度仪系统10的操作带宽211上与输入到接收器混频器122的天线输入端121的合成泄漏信号240的相位保持正交关系。因此，输入到本地振荡器输入端122的本地振荡器信号230的相位响应相对于输入到天线输入端121的合成泄漏信号240的相位响应处于90度或者270度处。
[0055]在块610处，从接收器混频器120输出中频(IF)信号245。该IF信号245包含DC电压以及少量或者没有AC电压，并且其不干扰来自超短范围目标反射的低频信号。在块612处，IF信号245是在接收器中频模块140处被输入。在块614处，接收器中频模块140处理来自接收器混频器120的输入以基于IF信号的输入来确定目标与高度仪系统之间的小于4英尺的距离。以这种方式，从高度仪系统10到目标50的超短距离被精确确定。
[0056]示例实施例
[0057]示例I包括高度仪系统，所述高度仪系统包括:接收器混频器，包括天线输入端和本地振荡器输入端；收发器环行器，通过具有选定长度的传输线通信地耦合到天线并且通信地耦合到接收器混频器的天线输入端；以及发射器，被配置为通过收发器环行器向天线输出发射器信号，其中该发射器信号用线性斜坡来频率调制，其中该发射器通信地耦合到接收器混频器以在接收器混频器的本地振荡器输入端处输入本地振荡器信号，其中该接收器混频器被通信地耦合以在接收器混频器的天线输入端处输入来自天线的目标反射信号，其中该目标反射信号是从目标反射到该天线的，以及其中该传输线的选定长度被设置为使得接收器混频器的天线输入端处的合成泄漏信号在扫描带宽上具有线性相位。
[0058]示例2包括示例I的高度仪系统，其中发射器信号的天线反射泄漏信号是通过该环行器由天线反射到接收器混频器的天线输入端的，其中发射器信号的环行器泄漏信号是通过环行器从发射器发射到接收器混频器的天线输入端的，其中该天线反射泄漏信号和该环行器泄漏信号在接收器混频器的天线输入端处叠加成为合成泄漏信号，以及其中，基于传输线的选定长度，该天线反射泄漏信号与该环行器泄漏信号之间的180度相位差出现在扫描带宽外的频率处。
[0059]示例3包括示例1-2中任意的高度仪系统，其中在接收器混频器的本地振荡器输入端处所接收的本地振荡信号的相位与合成泄漏信号的相位保持正交关系。
[0060]示例4包括示例1-3中任意的高度仪系统，进ー步包括本地振荡器延迟线，被配置为输入来自发射器的发射器信号以及将从该发射器信号导出的本地振荡器信号输出到接收器混频器的本地振荡器输入端。
[0061]示例5包括示例1-4中任意的高度仪系统，进ー步包括本地振荡器延迟线，被配置为输入来自发射器的发射器信号以及将从该发射器信号导出的本地振荡器信号输出到接收器混频器的本地振荡器输入端。
[0062]示例6包括示例1-5中任意的高度仪系统，进一歩包括天线，被配置为朝向目标发射发射器信号并且被配置为接收目标反射信号。
[0063]不例7包括不例1-6中任意的高度仪系统,其中将来自发射器的发射器信号输出到接收器混频器的本地振荡器输入端作为本地振荡器信号。
[0064]示例8包括示例1-7中任意的高度仪系统，进一歩包括接收器中频模块，其被通信地耦合以输入从接收器混频器输出的中频(IF)信号。
[0065]示例9包括一种在单天线频率调制连续波(FMCW)高度仪系统中减少自干涉的方法，该方法包括:将合成泄漏幅度零位移动到高度仪系统的操作带宽外；以及调整输入到接收器混频器的本地振荡器输入端的本地振荡器信号的相位以在高度仪系统的操作带宽上与输入到接收器混频器的天线输入端的合成泄漏信号的相位保持正交关系。
[0066]示例10包括示例9的方法，进ー步包括对天线的输入阻抗进行调谐以将天线回波损失幅度零位及其相关联的相位非线性移动到高度仪系统的操作带宽外。
[0067]示例11包括示例9-10中任意的方法，其中合成泄漏信号是天线反射泄漏信号与环行器泄漏信号在接收器混频器的天线输入端处的相干叠加，以及其中移动合成泄漏幅度零位包括选定传输线的选定长度以确保天线反射泄漏信号与环行器泄漏信号之间的180度相位差出现在高度仪系统的操作带宽外的频率处。
[0068]示例12包括示例9-11中任意的方法，进ー步包括在发射器处生成在高度仪系统的操作带宽上的频率中具有线性斜坡的发射器信号。
[0069]示例13包括示例9-12中任意的方法，进ー步包括从接收器混频器输出中频(IF)信号；以及在接收器中频模块处输入该IF信号。
[0070]示例14包括示例13的方法,进ー步包括基于该中频信号的输入来确定目标与高度仪系统之间的小于4英尺的距离。
[0071]示例15包括一种用来在单天线频率调制连续波(FMCW)雷达高度仪中减少自干涉的方法，该方法包括:将输入到接收器混频器的天线输入端的合成泄漏信号的相位响应控制为在扫描带宽上是线性的；以及调整输入到接收器混频器的本地振荡器输入端的本地振荡器信号的相位响应以使得在接收器混频器的本地振荡器输入端处输入的本地振荡器信号相位响应在扫描带宽上与在接收器混频器的天线输入端处输入的合成泄漏信号的相位响应保持正交关系。
[0072]示例16包括示例15的方法，其中该雷达高度仪包括由具有选定长度的传输线通信地耦合的环行器和天线，其中控制输入到接收器混频器的天线输入端的合成泄漏信号的相位包括选定传输线的选定长度。
[0073]示例17包括示例16的方法，其中合成泄漏信号是天线反射泄漏信号和环行器泄漏信号在接收器混频器的天线输入端处的相干叠加，以及其中选定传输线的选定长度包括选定传输线的选定长度以确保天线反射泄漏信号与环行器泄漏信号之间的180度相位差出现在扫描带宽外的频率处。
[0074]示例18包括示例15-17中任意的方法，其中在扫描带宽上控制天线反射泄漏信号的相位包括在发射器处生成在扫描带宽上的频率中具有线性斜坡的发射器信号。
[0075]示例19包括示例15-18中任意的方法，其中调整在接收器混频器的本地振荡器输入端处输入的本地振荡器信号的相位响应包括在扫描带宽上保持在天线输入端处输入的合成泄漏信号的相位与接收器混频器的本地振荡器输入端的相位之间的90度或者270度角的相位关系。
[0076]示例20包括示例15-19中任意的方法，进ー步包括:从接收器混频器输出中频(IF)信号；在接收器中频模块处输入该IF信号；以及基于该IF信号的输入来确定从该高度仪系统到目标的小于4英尺的距离。
[0077]已经描述了由以下权利要求限定的本发明的许多实施例。然而，应当理解，在不脱离所要求保护的发明的精神和范围的情况下，对所描述的实施例可以进行各种修改。相应地，其它的实施例也在以下权利要求的范围内。
【权利要求】
1.ー种高度仪系统(10)，包括: 接收器混频器(120)，包括天线输入端(121)和本地振荡器输入端(122)； 收发器环行器(110)，通过具有选定长度(Ls6l6rt6d)的传输线(145)通信地耦合到天线(150)并且通信地耦合到所述接收器混频器的所述天线输入端；以及 发射器(100)，被配置为通过所述收发器环行器向所述天线输出发射器信号(210)，其中所述发射器信号用线性斜坡来进行频率调制， 其中所述发射器通信地耦合到所述接收器混频器以在所述接收器混频器的所述本地振荡器输入端处输入本地振荡器信号(230), 其中所述接收器混频器通信地被耦合以在所述接收器混频器的所述天线输入端处输入来自所述天线的目标反射信号(220)，其中所述目标反射信号是从目标(50)反射到所述天线的，以及 其中设置所述传输线的所述选定长度，使得在所述接收器混频器的所述天线输入端处的合成泄漏信号(240)在扫描带宽(211)上具有线性相位。
2.如权利要求1所述的高度仪系统(10)，其中所述发射器信号(210)的天线反射泄漏信号(241)是通过所述收发器环行器(110)由所述天线(150)反射到所述接收器混频器(120)的所述天线输入端(212)的， 其中所述发射器信号的环行器泄漏信号(242)是通过所述收发器环行器从所述发射器(100)发射到所述接收器混频器的所述天线输入端的，其中所述天线反射泄漏信号和所述环行器泄漏信号在所述接收器混频器的所述天线输入端处叠加成为所述合成泄漏信号(240)，以及 其中，基于所述传输线(145)的所述选定长度，所述天线反射泄漏信号与所述环行器泄漏信号之间的180度相位差出现在所述扫描带宽(211)外的频率处， 其中在所述接收器混频器(120)的所述本地振荡器输入端(122)处接收到的所述本地振荡器信号(230)的相位与所述合成泄漏信号(240)的所述相位保持正交关系。
3.一种用来在单天线频率调制连续波(FMCW)高度仪系统(10)中減少自干涉的方法，所述方法包括: 将合成泄漏幅度零位移动到所述高度仪系统的操作带宽(211)タト，其中合成泄漏信号(240)是天线反射泄漏信号(241)和环行器泄漏信号(242)在接收器混频器(120)的天线输入端(121)处的相干叠加，以及其中移动合成泄漏幅度零位包括选定传输线(145)的选定长度(Ls6l6rt6d)以确保所述天线反射泄漏信号与所述环行器泄漏信号之间的180度相位差出现在所述高度仪系统(10)的所述操作带宽外的频率处； 调整输入到接收器混频器(120)的本地振荡器输入端(122)的本地振荡器信号(230)的相位以在所述高度仪系统的所述操作带宽上与输入到所述接收器混频器的天线输入端(121)的所述合成泄漏信号的相位保持正交关系；以及 对天线(150)的输入阻抗进行调谐以将天线回波损失幅度零位及其相关联的相位非线性移动到所述高度仪系统的所述操作带宽外。
【文档编号】H04B1/52GK103580716SQ201310476753
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2012年7月27日
【发明者】P·D·费尔古森 申请人:霍尼韦尔国际公司