用于控制脉冲功率放大器中的偏压的系统的制作方法

该申请要求2015年9月11日提交且题为“AUTOMATIC BIAS CONTROLLER FOR A PULSED POWER AMPLIFIER”的美国临时专利申请号62/217,548的权益和优先权，其通过引用作为整体合并于此。

技术领域

本申请大体涉及用于脉冲功率放大器的偏压控制电路，并且更特定地涉及在例如雷达、声纳和电子计数器测量应用等远程感测系统中使用的脉冲功率放大器的偏压点校正。

背景技术：

例如雷达、声纳、激光雷达和/或其他测距感测系统等远程感测系统通常用于通过产生移动结构周围的环境的数据和/或影像(例如代表对水体上的船只的导航来说关键的表面上和/或表面下特征)来帮助导航。在操作中，感测系统可以通过测量作为一系列脉冲传送的射频(RF)能量的短脉冲串与反射回声返回之间的时间来计算到目标的距离。

所传送的RF脉冲典型地使用脉冲放大器来生成。一般，放大器的操作偏压点设置成这样的值，其在效率与失真之间提供折中。各种操作模式以及它们的对应偏压点在例如A、B、C&D类放大器的文献中描述。放大器操作所处的类别很大程度上由放大器中的DC静态电流(非施加的信号) 来确定。

在连续操作放大器中，信号电流和偏压电流可以通过在频率上使它们分开来控制。在脉冲放大器中，由于效率原因，在脉冲之间施加静态偏压是不可取的，因为它浪费能量并且对设备加热。因此，偏压和操作信号都是脉冲并且设备电流都波动。不断需要有用于设置和校正脉冲功率放大器的偏压点的改进系统和方法。

技术实现要素：

用于控制脉冲功率放大器中的偏压的系统和方法在各种实施例中包括用于测量放大器中的电流的系统、将测量值与期望值相比较的比较电路、使用算法来确定如何修改偏压的电路和控制偏压的电路。电流测量电路可以使用电流互感器来将测量的的电流转换成电压。比较器可以将测量的电压与参考电压比较并且测量电路输出逻辑信号(ID_低(ID_LOW))，其持续指示放大器电流是否小于期望静态值。可以提供用于在脉冲期间控制栅偏压水平(Vg)的电路，例如脉宽调制器(PA_PWM)。可以提供用于在脉冲期间对放大器启用栅脉冲(BIAS_ON)并且对其定时的电路和用于在测量时登记信号ID_LOW是低还是高的电路。放大器电流的测量可以在启用偏压之后但在信号脉冲之前登记。PA驱动控制逻辑实现用于调整 PA_PWM的值的控制算法。在该脉冲期间可能未对PA_PWM做出改变但在脉冲中间且将要用于下一个脉冲的时候做出改变。

一种用于控制脉冲功率放大器中的偏压的系统，所述系统包括：功率放大器，其特征在于关联的静态电流值；测量电路，所述测量电路被配置成测量供应给所述功率放大器的电流；比较电路，所述比较电路被配置成将测量的电流与所述静态电流值相比较；以及偏压控制器，所述偏压控制器耦合于所述比较电路，所述偏压控制器被配置成基于比较调整提供给所述功率放大器的偏压信号，其中，所述偏压信号在脉冲之间被调整以与下一个脉冲一起使用。

在各种实施例中，自动偏压控制系统包括具有关联静态电流值的功率放大器、配置成测量供应给功率放大器的电流的测量电路、配置成将测量的电流与静态电流值相比较的比较电路、耦合于比较电路的偏压控制器和用于对提供给功率放大器的栅脉冲定时的偏压控制电路，该偏压控制器配置成使用比较来调整偏压。测量电路可以包括耦合于功率放大器供应的电流互感器，该电流互感器被配置成将测量的电流转换成测量的电压。比较电路可以包括：参考信号发生器，其提供具有静态电流值的参考信号；和比较器，其耦合于测量电路来接收测量的电压，其中比较器输出逻辑信号 (ID_LOW)，其指示测量的电压是否小于静态电流值。

在一些实施例中，偏压控制器可以包括：脉宽调制器，其配置成产生脉宽调制信号(PA_PWM)以供应给功率放大器；和功率放大器驱动控制逻辑，其配置成参考ID_LOW的值来调整PA_PWM。在一些实施例中，功率放大器驱动控制逻辑进一步被配置成如果ID_LOW为真则使 PA_PWM递增，并且如果ID_LOW为假则使PA_PWM递减。功率放大器驱动控制逻辑可以进一步配置成如果ID_LOW为真则使PA_PWM递增一，并且如果ID_LOW为假则使PA_PWM递减一。在各种实施例中，系统可以进一步包括向功率放大器提供脉冲波形信号的波形发生器，和配置成传送经放大的脉冲波形信号的传送器。

在一些实施例中，所述偏压控制器包括现场可编程门阵列。在一些实施例中，经传送的信号是远程传感器信号。在一些实施例中，所述远程传感器信号是雷达信号或声纳信号中的至少一个。

一种用于控制脉冲功率放大器中的偏压的系统，所述系统包括：功率放大器，所述功率放大器具有相关联的静态电流值；测量电路，所述测量电路被配置成测量供应给所述功率放大器的电流；比较电路，所述比较电路被配置成将测量的电流与所述静态电流值相比较；数字电路，所述数字电路耦合于所述比较电路并且被配置成使用所述比较电路的输出来调整施加给所述功率放大器的偏压；以及栅极控制电路，所述栅极控制电路用于向所述功率放大器提供偏压调整驱动信号。

在一些实施例中，所述数字电路包括：脉宽调制器，所述脉宽调制器被配置成产生脉宽调制信号(PA_PWM)；以及功率放大器驱动控制逻辑，所述功率放大器驱动控制逻辑被配置成使用所述比较电路的输出来调整所述PA_PWM；其中，所述PA_PWM在脉冲之间且及时地被调整以用于与下一个脉冲一起使用。在一些实施例中，所述功率放大器驱动控制逻辑进一步被配置成：如果ID_LOW为真则使所述PA_PWM递增一，并且如果ID_LOW为假则使所述PA_PWM递减一。在一些实施例中，所述数字电路进一步包括：微控制器，用于控制所述数字电路的操作，所述微控制器包括执行所述功率放大器驱动控制逻辑。在一些实施例中，所述系统进一步包括：低通滤波器，所述低通滤波器耦合于所述数字电路来接收所述 PA_PWM；以及功率放大器栅极控制电路，所述功率放大器栅极控制电路耦合于所述低通滤波器的输出并且被配置成在脉冲期间向所述功率放大器提供功率放大器栅极驱动信号。

在各种实施例中，自动偏压控制方法包括确定功率放大器的静态电流值、测量供应给功率放大器的电流、将测量的电流与静态电流值相比较以及使用比较来调整功率放大器的偏压。调整偏压可以进一步包括使用用于对提供给功率放大器的栅脉冲定时的控制电路来控制施加给功率放大器的偏压。测量可以进一步包括使用电流互感器将功率放大器供应的测量的电流转换成测量的电压。比较可以进一步包括提供具有静态电流值的参考信号、接收测量的电压以及设置逻辑信号(ID_LOW)的值来指示测量的电压是否小于静态电流值。

在各种实施例中，调整偏压可以包括产生脉宽调制信号(PA_PWM) 以供应给功率放大器，以及基于ID_LOW的值通过如果ID_LOW为真则使PA_PWM递增一、如果ID_LOW为假则使PA_PWM递减一来调整 PA_PWM。

本实用新型的范围由权利要求定义，这些权利要求通过引用并入该章节内。通过考虑下面对一个或多个实施例的详细描述，将会向本领域技术人员提供对本实用新型的实施例的更加完整的理解以及其额外优势的实现。下面将参考首先将简要描述的附图。

附图说明

图1A图示根据本公开的实施例的远程感测系统的框图；

图1B图示根据本公开的实施例的远程发送系统的图；

图2图示对于功率放大器的偏压控制电路的实施例；

图3是图示根据本公开的实施例的控制逻辑的流程图；

图4是对于图2的实施例中的信号的时序图的实施例；

图5是对于功率放大器的偏压控制电路的另一个实施例；以及

图6是图示根据本公开的实施例的自动偏压控制器的操作的流程图。

本公开的实施例及它们的优势通过参考接着的详细描述而最好理解。应意识到类似标号用于标识图中的一个或多个中图示的类似元件，其中的示出是为了图示本公开的实施例的目的而不是为了限制它们。

具体实施方式

根据本公开的各种实施例，提供用于控制脉冲功率放大器的偏压的系统和方法。在一个实施例中，提供远程感测系统中的电路来将脉冲放大器中的信号与操作电流分开，并且提供闭环控制器以独立于操作信号电流来修改偏压。在各种实施例中，如本文公开的自动偏压控制器可以在远程感测系统(例如，雷达和/或声纳系统)中实现，该远程感测系统包括一个或多个远程感测组件、提供远程感测组件和/或所耦合移动结构的取向、位置、加速度和/或速度的测量的取向传感器、陀螺仪、加速计、位置传感器和/ 或速度传感器。例如，各种传感器可以安装到移动结构(例如，船只、飞机、机动车辆和/或其他移动结构)或在移动结构内安装，或可以与远程感测组件集成。本公开的实施例能够自动设置并且持续校正脉冲功率放大器的偏压点，例如在例如雷达和电子计数器测量(ECM)应用中使用的脉冲功率放大器。

如本文使用的，在各种实施例中，可以设置偏压水平并且然后恰好在每个脉冲之前测量它，并且因此最低比脉冲本身还长地启用偏压，并且可以在余下的操作时间自动关闭放大器(例如，抽运很少功率或不抽运功率)。此外，可以恰好在第一脉冲之前测量偏压水平并且相应地对于后续脉冲改变它，使得偏压水平可以持续适应于例如由于温度引起的电路的电响应的改变。由于该类型的偏压控制，功率放大器被偏压的持续时间以及因此耗散的功率被最小化，并且偏压电路使偏压保持在所需水平(例如，以保持脉冲放大器输出的一致、可靠且可重复性的脉冲放大)所需要的响应速度被最小化，这可以降低偏压电路的实现成本并且提高偏压电路的整体操作可靠性。因为脉冲放大器大致保持关闭(需要根据精确偏压水平来放大脉冲的时候除外)，实施例使所耦合脉冲放大器内的耗散以及整体功耗大大降低，这准许使用较低成本和/或更紧凑(例如，排热效率较低)的放大器封装。此外，由于偏压水平控制的精确定时，在脉冲期外出现的噪声放大被最小化，这有助于减少干扰和/或可能被对应脉冲接收器接收和/ 或另外包括在对应返回信号和/或所得传感器数据中的其他噪声相关伪影。

图1A图示根据本公开的实施例的远程感测系统100的框图。在各种实施例中，系统100可以适于使用取向和/或位置传感器(OPS)190和/ 或系统101的各种传感器中的任一个来测量声纳系统110、雷达系统160、用户界面120和/或移动结构101的取向、位置、加速度和/或速度。系统 100然后可以使用这些测量来形成由声纳系统110提供的声纳数据和/或雷达系统160提供的雷达数据的各种视图、调整声纳系统110或雷达系统160 的取向和/或另外根据系统100和/或移动结构101的期望操作来使用测量。在一些实施例中，系统100可以通过用户界面120向用户显示所得的影像，和/或使用声纳数据、雷达数据、取向和/或传感器数据和/或影像来控制移动结构101的操作，例如控制转向致动器150和/或推进系统170以根据期望航向(例如航向角107)来操纵移动结构101。

在图1A中示出的实施例中，系统100可以实现为对特定类型的移动结构101(例如无人机、船只、飞机、机器人、车辆)和/或其他类型的移动结构(包括设计成在水中或水下、空中和/或在陆地表面上移动的任何平台)提供远程感测数据和/或影像。在一个实施例中，OPS 190包括取向传感器140、陀螺仪/加速计144和/或全球卫星定位系统(GPS)146。在各种实施例中，系统100还可以包括速度传感器142以及一个或多个其他传感器和/或致动器，例如其他模块180。在一些实施例中，系统100的元件中的一个或多个可以在可以耦合于移动结构101和/或被移动结构101的用户持有或携带的组合外壳或结构中实现。

方向102、103和104描述移动结构101的一个可能的坐标系(例如，对于取向传感器140测量的航向或取向，和/或由陀螺仪144和加速计145 测量的角速率和加速度)。如在图1A中示出的，方向102图示可以与移动结构101的纵轴线大致平行和/或对准的方向，方向103图示可以与移动结构101的横轴线大致平行和/或对准的方向，并且方向104图示可以与移动结构101的垂直轴线大致平行和/或对准的方向，如本文描述的。例如，移动结构101的运动的滚动分量可以对应于绕方向102的旋转，俯仰分量可以对应于绕方向103的旋转，并且偏航分量可以对应于绕方向104的旋转。

航向角107可以对应于参考方向106到水平面(例如，以移动结构101 局部的重力定义的“向下”矢量为参考)上的投影(例如，地球磁场的局部分量)与方向102到相同水平面上的投影之间的角度。在一些实施例中，参考方向106到水平面(例如，以重力定义的“向下”矢量为参考)上的投影可以称为磁北。在各种实施例中，磁北、真北、“向下”矢量和/或各种其他方向、位置和/或固定或相对参考系可以定义绝对坐标系，例如，其中以绝对坐标系为参考的方向测量可以被称为绝对方向测量(例如，“绝对”取向)。在一些实施例中，方向测量初始可以以特定传感器(例如，声纳系统110的声纳换能器组件或其他模块、OPS 190、方向传感器140 和/或用户界面120)的坐标系为参考并且变换成以绝对坐标系和/或移动结构101的坐标系为参考。在各种实施例中，绝对坐标系可以定义成和/或对应于具有一个或多个未定义轴线的坐标系(例如移动结构101局部的水平面)并且以局部重力矢量为参考但具有未被参考和/或未经定义的偏航参考 (例如，没有以磁北为参考)。

声纳系统110可以实现为一个或多个电和/或机械耦合的控制器、传送器、接收器、收发器、信号处理逻辑设备、各种电部件、具有各种形状和尺寸的换能器元件、多通道换能器/换能器模块、换能器组件、组件支架、横梁支架和/或适于调整声纳系统110的部件中的任一个的取向的各种致动器，如本文描述的。在各种实施例中，声纳系统110可以根据可以用于检测水柱和/或水体底部内的物体的各种声纳系统设置(例如，远程感测系统设置)来配置。更一般地，声纳系统110可以配置成发射一个、多个或一系列声束(例如，远程传感器射束)、接收对应声返回(例如，远程传感器返回)并且将声返回转换成声纳数据和/或影像(例如，远程传感器图像数据)，例如测深数据、水深、水温、水柱/体积泥石、底部剖面和/或其他类型的声纳数据。声纳系统110可以被配置成将这样的数据和/或影像提供给用户界面120以用于例如向用户显示，或提供给控制器130以用于额外处理。

在一些实施例中，声纳系统110可使用紧凑设计来实现，其中多个声纳换能器、传感器和/或关联处理设备位于单个换能器组件外壳内，其被配置成通过向和从声纳系统110提供电力和通信的单个电缆与系统100的余下部分接口。在一些实施例中，声纳系统110可以包括取向和/或位置传感器，其被配置成有助于提供二维或三维路点、提高声纳数据和/或影像质量和/或提供高度准确的测深数据，如本文描述的。

例如，在基于海上声纳的上下文中，渔民期望非常详细且准确的水下结构和中层水域目标(例如，鱼)的信息和/或影像。常规的声纳系统可能昂贵且笨重并且典型地无法用于提供相对准确和/或无失真水下视图，如本文描述的。声纳系统110的实施例包括低成本单、双和/或多通道声纳系统，其可以被配置成产生详细的二维和三维声纳数据和/或影像。在一些实施例中，声纳系统110可以将电子器件和换能器合并为单个防水封装以例如减少尺寸和成本，并且可以利用系统100的其他设备的单个连接来实现(例如，经由通过以太网供电的以太网电缆、一体式电力电缆和/或集成到单个接口电缆内的其他通信和/或输电管道)。

在各种实施例中，声纳系统110可以被配置成使用配置和/或处理方法的选择来从多种可选角度提供许多不同显示视图，其包括向下成像、侧成像和/或三维成像，如本文描述的。在一些实施例中，声纳系统110可以用包含一个或两个换能器和/或关联电子器件的单个换能器组件外壳来实现。在其他实施例中，声纳系统110可以用包含多通道换能器和/或相关联的电子器件的换能器组件外壳来实现。在这样的实施例中，声纳系统110可以被配置成使用多通道换能器(其可以包括如本文公开的自动偏压控制的脉冲放大器)的传输通道和/或元件来传送声束、使用多通道换能器的多个接收通道和/或元件来接收声返回并且对声返回执行射束形成和/或干涉测量处理来产生二维和/或三维声纳影像。在一些实施例中，声纳系统110的一个或多个声纳传送器可以被配置成使用CHIRP传输来提高距离分辨率并且因此减少干涉测量处理技术中典型地固有的模糊。

在各种实施例中，声纳系统110可以用它自己的专用OPS 190来实现，该OPS 190可以包括各种取向和/或位置传感器(例如，与取向传感器140、陀螺仪/加速计144和/或GPS 146相似)，其可以包含在换能器组件外壳内以提供换能器组件和/或(一个或多个)换能器的三维取向和/或位置用于在处理或后处理声纳数据供显示时使用。传感器信息可以用于校正声透射之间的换能器组件的移动来提供例如对应声返回/样本的改进对准，和/或基于换能器组件的测量的取向和/或位置来生成影像。在其他实施例中，外部取向和/或位置传感器可以单独或结合集成传感器或多个传感器来使用。

在声纳系统110用位置传感器来实现的实施例中，声纳系统110可以配置成提供多种声纳数据和/或影像增强。例如，声纳系统110可以被配置成提供声纳数据和/或远离移动系统101的用户定义路点的准确定位。相似地，声纳系统110可以被配置成提供一系列声纳数据的准确二维和/或三维聚合和/或显示；在没有位置数据的情况下，声纳系统典型地呈现直线踪迹，这可以在对应声纳数据和/或影像中造成图像伪影或/或其他不准确。另外，当用位置传感器实现和/或与远程但相对固定的位置传感器(例如，GPS 146)接口连接时，声纳系统110可以被配置成生成水体底部的准确且详细测深视图。

在声纳系统110用取向和/或位置传感器实现的实施例中，声纳系统 110可以被配置成存储这样的位点/位置信息连同系统100可用的其他传感器信息(声返回、温度测量、文本描述、水深、海拔、移动结构速度和/ 或其他传感器和/或控制信息)。在一些实施例中，控制器130可以被配置成生成查找表使得用户可以对于特定位置选择声纳系统110的期望配置或与某些其他传感器信息协调。备选地，自动调整算法可以用于基于传感器信息来选择最佳配置。

例如，在一个实施例中，移动结构101可以位于使用位置数据在图表上标识的区域中，用户可已为声纳系统110的配置选择用户设置，并且控制器130可以被配置成控制致动器和/或另外实现声纳系统110的配置(例如，来设置特定取向)。在再另一个实施例中，控制器130可以被配置成接收对于移动结构101的取向测量。在这样的实施例中，控制器130可以被配置成控制与换能器组件关联的致动器来相对于例如移动结构和/或水表面维持它的取向，并且从而改进所显示的声纳图像(例如，通过确保取向一致的声束和/或一系列声返回的适当配准)。在各种实施例中，控制器 130可以被配置成控制转向传感器/致动器150和/或推进系统170来调整移动结构101的位置和/或取向以有助于确保一系列声返回、声纳数据和/或声纳影像的适当配准。

尽管图1A示出与声纳系统110分开的系统100的各种传感器和/或其他部件，但在其他实施例中，系统100的传感器和部件中的任一个或组合可以与声纳组件、致动器、换能器模块和/或声纳系统110的其他部件集成。例如，OPS 190可以与声纳系统110的换能器模块集成并且被配置成向控制器130和/或用户界面120提供换能器模块的绝对和/或相对取向(例如，滚动、俯仰和/或偏航)的测量，控制器130和用户界面120都可以与声纳系统110集成。

声纳系统160可以实现为一个或电和/或机械耦合的控制器、传送器、接收器、收发器、信号处理逻辑设备、各种电部件、具有各种形状和尺寸的天线元件、多通道天线/天线模块、雷达组件、组件支架、桅杆支架、自动偏压控制的脉冲功率放大器(如本文公开的)和/或适于调整雷达系统 160的部件中的任一个的取向的各种致动器，如本文描述的。例如，在各种实施例中，雷达系统160可以根据各种雷达系统设置(例如远程感测系统设置)实施，所述各种雷达系统可以用于检测陆地表面或水体表面的特征和陆地表面或水体表面上或者陆地表面或水体表面上方的物体。

更一般地，雷达系统160可以被配置成发射一个、多个或一系列雷达射束(例如，远程传感器束)、接收对应的雷达回波(例如，远程传感器返回)并且将雷达回波转换成雷达数据和/或影像(例如，远程传感器图像数据)，例如一个或多个强度标绘图和/或强度聚合标绘图，其指示相对位置、取向和/或结构的其他特性、天气现象、波、其他移动结构、表面边界和/或使雷达射束反射回雷达系统160处的其他目标。雷达系统160可以被配置成将这样的数据和/或影像提供给用户界面120以例如向用户显示，或提供给控制器130以用于额外处理。此外，这样的数据可以用于生成一个或多个图表，其对应于AIS数据、ARPA数据、MARPA数据和/或一个或多个其他目标跟踪和/或识别协议。

在一些实施例中，雷达系统160可以使用紧凑设计来实现，其中多个雷达天线、传感器和/或关联的处理设备位于单个雷达组件外壳内，该单个雷达组件外壳被配置成通过对雷达系统160和从雷达系统160提供电力和通信的单个电缆而与系统100的余下部分接口连接。在一些实施例中，雷达系统160可以包括取向和/或位置传感器(例如，OPS 190)，其被配置成有助于提供二维或三维路点、提高雷达数据和/或影像质量和/或提供高度准确的雷达图像数据，如本文描述的。例如，渔民期望局部和远程结构及其他船只的非常详细且准确的信息和/或影像。雷达系统160的实施例可以包括低成本单、双和/或多通道(例如，合成孔径)雷达系统，其可以被配置成产生详细的二维和三维雷达数据和/或影像。在一些实施例中，雷达系统160可以将电子器件和换能器合并为单个防水封装以例如减少尺寸和成本，并且可以用系统100的其他设备的单个连接来实现(例如，经由通过以太网供电的以太网电缆、一体式电力电缆和/或集成到单个接口电缆内的其他通信和/或输电管道)。

在各种实施例中，雷达系统160可以用它自己的专用OPS 190实现，该专用OPS 190可以包括各种取向和/或位置传感器(例如，与取向传感器 140、陀螺仪/加速计144和/或GPS天线146相似)，其可以包含在雷达组件外壳内以提供雷达组件和/或(一个或多个)天线的三维取向和/或位置以在处理或后处理雷达数据供显示时使用。传感器信息可以用于校正射束发射之间雷达组件的移动，来提供例如对应雷达回波/样本的改进对准和/ 或基于测量的的雷达组件/天线的取向和/或位置来生成影像。在其他实施例中，外部取向和/或位置传感器可以单独使用或与集成传感器或多个传感器组合使用。

在雷达系统160用位置传感器实现的实施例中，雷达系统160可以被配置成提供多种雷达数据和/或影像增强。例如，雷达系统160可以被配置成提供雷达数据和/或远离移动系统101的用户定义路点的准确定位。相似地，雷达系统160可以被配置成提供一系列雷达数据的准确二维和/或三维聚合和/或显示；在没有取向数据或位置数据来帮助确定踪迹或航向的情况下，雷达系统典型地呈现直线踪迹，这可以在对应的雷达数据和/或影像中造成图像伪影和/或其他不准确。另外，当用位置传感器实现时，雷达系统 160可以被配置成生成水体表面上的物体的准确且详细的强度标绘图而不访问磁力计。

在雷达系统160用取向和/或位置传感器实现的实施例中，雷达系统 160可以被配置成存储这样的位点/位置信息连同系统100可用的其他传感器信息(雷达回波、温度测量、文本描述、海拔、移动结构速度和/或其他传感器和/或控制信息)。在一些实施例中，控制器130可以被配置成生成查找表使得用户可以为特定位置选择雷达系统160的期望配置或与某些其他传感器信息协调。备选地，自动调整算法可以用于基于传感器信息选择最佳配置。

在一个实施例中，移动结构101可以位于使用位置数据在图表上标识的区域中，用户可已为雷达系统160的配置选择用户设置，并且控制器130 可以被配置成控制致动器和/或另外对雷达系统160实现该配置(例如，设置特定取向或旋转速率)。在再另一个实施例中，控制器130可以被配置成接收对于移动结构101的取向测量。在这样的实施例中，控制器130可以被配置成控制与雷达组件关联的致动器来维持它相对于例如移动结构和/或水表面的取向，并且从而改进所显示的声纳图像(例如，通过确保取向一致的雷达射束和/或一系列雷达回波的适当配准)。在各种实施例中，控制器130可以被配置成控制转向传感器/致动器150和/或推进系统170 来调整移动结构101的位置和/或取向，以有助于确保一系列雷达回波、雷达数据和/或雷达影像的适当配准。

尽管图1A示出与雷达系统160分开的系统100的各种传感器和/或其他部件，但在其他实施例中，系统100的传感器和部件中的任一个或组合可以与雷达组件、致动器、换能器模块和/或雷达系统160的其他部件集成。例如，OPS 190可以与声纳系统110的天线平台集成并且被配置成向控制器130和/或用户界面120提供天线的绝对和/或相对取向(例如，滚动、俯仰和/或偏航)的测量，控制器130和用户界面120也都可以与雷达系统 160集成。

用户界面120可以实现为显示器、触屏、键盘、鼠标、操纵杆、旋钮、方向盘、船的轮或舵、轭和/或能够接受用户输入和/或向用户提供反馈的任何其他设备。在各种实施例中，用户界面120可以适于向系统100的其他设备(例如控制器130)提供用户输入(例如，作为一类信号和/或传感器信息)。用户界面120也可以用一个或多个逻辑设备实现，该一个或多个逻辑设备可以适于执行实现本文描述的各种过程和/或方法中的任一个的指令，例如软件指令。例如，用户界面120可以适于形成通信链路、传送和/或接收通信(例如，传感器信号、控制信号、传感器信息、用户输入和/或其他信息)、确定各种坐标系和/或取向、确定对于一个或多个坐标系变换的参数和/或执行例如坐标系变换或执行各种其他过程和/或方法。

在各种实施例中，用户界面120可以适于例如接受用户输入，来形成通信链路、选择特定无线网络协议和/或为特定无线网络协议和/或无线链路选择参数(例如，密码、加密密钥、MAC地址、设备标识号、设备操作简档、设备操作的参数和/或其他参数)、选择处理传感器信号来确定传感器信息的方法、调整铰接传感器(articulated sensor)的位置和/或取向，和/或另外促进系统100和系统100内的设备的操作。一旦用户界面120接受用户输入，该用户输入可以通过一个或多个通信链路传送到系统100的其他设备。

在一个实施例中，用户界面120可以适于例如通过由一个或多个关联逻辑设备形成的通信链路接收传感器或控制信号(例如，从取向传感器140 和/或转向传感器/致动器150)并且向用户显示对应于所接收传感器或控制信号的传感器和/或其他信息。在相关实施例中，用户界面120可以适于处理传感器和/或控制信号来确定传感器和/或其他信息。例如，传感器信号可以包括移动结构101的取向、角速率、加速度、速度和/或位置。在这样的实施例中，用户界面120可以适于处理传感器信号来确定指示例如声纳系统110、雷达系统160和/或移动结构101的估计和/或绝对滚动、俯仰和 /或偏航(姿态和/或速率)和/或位置或位置序列的传感器信息，并且将该传感器信息作为反馈向用户显示。在一个实施例中，用户界面120可以适于显示各种传感器信息和/或其他参数的时间序列作为曲线图或地图的部分或覆盖在其上，该曲线图或地图可以以移动结构101的位置和/或取向为参考。例如，用户界面120可以适于显示移动结构101和/或系统100的其他元件(例如，声纳系统110的换能器组件和/或模块，或雷达系统160的天线或雷达组件)的位置、航向和/或取向的时间序列，其覆盖在地理图上，该地理图可以包括指示对应的致动器控制信号、传感器信息和/或其他传感器和/或控制信号(其包括声纳和/或雷达图像数据)的时间序列的一个或多个曲线图。

在一些实施例中，用户界面120可以适于接受用户输入，其包括例如对于换能器模块的用户定义目标航向、路线(例如，对于雷达系统160的踪迹)和/或取向，并且对转向传感器/致动器150和/或推进系统170生成控制信号来促使移动结构101根据第二航向、路线和/或取向移动。在另外的实施例中，用户界面120可以适于接受这样的用户输入，其包括例如对于耦合于移动结构101的致动设备(例如，声纳系统110、雷达系统160) 的用户定义目标姿态/绝对角频率，并且生成控制信号用于根据目标姿态/ 角频率调整致动设备的取向或旋转。更一般地，用户界面120可以适于例如向用户显示传感器信息，和/或将传感器信息和/或用户输入传送到例如系统100的其他用户界面、传感器或控制器以供显示和/或进一步处理。在一个实施例中，用户界面120可以与一个或多个传感器(例如，成像模块、位置和/或取向传感器、其他传感器)集成和/或是便携的(例如，便携式触摸显示器或智能电话或例如可穿戴用户界面)以促进用户与移动结构 101的各种系统交互。

控制器130可以实现为任何合适的逻辑设备(例如，处理设备、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器存储设备、存储器阅读器或其他设备或设备的组合)，其可以适于执行、存储和/或接收合适的指令，例如实现控制环以用于控制例如声纳系统110、雷达系统160、转向传感器/致动器150、移动结构101和/或系统100 的各种操作的软件指令。这样的软件指令也可以实现用于处理传感器信号、确定传感器信息、提供用户反馈(例如，通过用户界面120)、查询对于操作参数的设备、选择设备的操作参数或执行本文描述的各种操作(例如，由系统100的各种设备的逻辑设备执行的操作)中的任一个的方法。

另外，可以提供机器可读介质用于存储非暂时性指令以用于加载到控制器130内且供其执行。在这些和其他实施例中，控制器130可以在适当情况下用其他部件实现，例如易失性存储器、非易失性存储器、一个或多个接口和/或各种模拟和/或数字部件用于与系统100的设备接口连接。例如，控制器130可以适于例如随时间存储传感器信号、传感器信息、用于坐标系变换的参数、校准参数、校准点集和/或其他操作参数并且使用用户界面120将这样的存储数据提供给用户。在一些实施例中，控制器130可以与一个或多个用户界面(例如，用户界面120)集成，并且在一个实施例中可以共享通信模块或多个模块。如本文指出的，控制器130可以适于执行一个或多个控制环用于致动设备控制、转向控制(例如，使用转向传感器/致动器150)和/或执行移动结构101和/或系统100的其他各种操作。在一些实施例中，控制环可以包括处理传感器信号和/或传感器信息以便控制声纳系统110、雷达系统160、移动结构101和/或系统100的一个或多个操作。

OPS 190可以实现为取向和/或位置传感器(例如，取向传感器140、加速计/陀螺仪144、GPS 146)的集成选择，其被配置成提供与系统100 的一个或多个元件有关的取向和/或位置数据。例如，OPS 190的实施例可以与移动结构101、声纳系统110和/或雷达系统160集成并且被配置成提供对应于移动结构101的质心、声纳系统110的声纳换能器和/或雷达系统 160的雷达天线的取向和/或位置数据。这样的测量可以以例如绝对坐标系为参考，或可以以OPS 190和/或与OPS 190集成的个体传感器中的任一个的坐标系为参考。更一般地，OPS 190提供单个相对紧凑的集成设备，其可以遍及系统100的各种元件复制，该设备在一些实施例中可以包括对于数据和/或电力的单个/简化接口。在各种实施例中，对于集成到OPS 190 内的取向和/或位置传感器中的一个或多个的坐标系可以以彼此(例如，以 OPS 190的单个坐标系)为参考，例如在制造时，来减少或消除对于确定坐标系变换以在系统100操作期间使来自OPS 190的多个传感器的数据组合的需要。

取向传感器140可以实现为罗盘、浮子、加速计、磁力计和/或其他数字或模拟设备，所述其他数字或模拟设备能够测量移动结构101的取向(例如，相对于例如重力和/或磁北等一个或多个参考取向的滚动、俯仰和/或偏航的大小和方向)，并且提供这样的测量作为传感器信号，所述传感器信号可以传达给系统100的各种设备。在一些实施例中，取向传感器140 可以适于提供对于移动结构101的航向测量。在其他实施例中，取向传感器140可以适于提供对于移动结构101的滚动、俯仰和/或偏航速率(例如，使用取向测量的时间序列)。取向传感器140可以被定位成和/或适于关于例如移动结构101的特定坐标系进行取向测量。

速度传感器142可以实现为电子皮托管、计量齿轮或轮、水速传感器、风速传感器、风速度传感器(例如，方向和大小)和/或其他设备，所述其他设备能够测量或确定移动结构101(例如，在环绕介质中和/或与移动结构101的纵轴线对准)的线性速度和提供这样的测量作为可以传达给系统 100的各种设备的传感器信号。在一些实施例中，速度传感器142可以适于提供环绕介质相对于传感器142和/或移动结构101的速率。

陀螺仪/加速计144可以实现为一个或多个电子六分仪、半导体器件、集成芯片、加速计传感器、加速计传感器系统或其他设备，所述其他设备能够测量移动结构101的角速度/加速度和/或线性加速度(例如，方向和大小)并且提供这样的测量作为可以传达给系统100的其他设备(例如，用户界面120、控制器130)的传感器信号。陀螺仪/加速计144可以被定位成和/或适于关于例如移动结构101的特定坐标系进行这样的测量。在各种实施例中，陀螺仪/加速计144可以在共同外壳和/或模块中实现来确保共同参考系或参考系之间的已知变换。

GPS 146可以实现为全球卫星定位接收器和/或其他设备，所述其他设备能够基于从例如星载和/或陆地源接收的无线信号来确定移动结构101 (例如，或者移动结构101的元件，例如声纳系统110、雷达系统160，和 /或用户界面120)的绝对和/或相对位置并且能够提供这样的测量作为可以传达给系统100的各种设备的传感器信号。更一般地，GPS 146可以实现为许多不同GNSS中的任一个或组合。在一些实施例中，GPS 146可以用于确定移动结构101的速度、速率、COG、SOG、踪迹和/或偏航速率(例如，使用位置测量的时间序列)，例如移动结构101的角速度的绝对速率和/或偏航分量。在各种实施例中，系统100的一个或多个逻辑设备可以适于从这样的传感器信息确定移动结构101的计算出的速度和/或角速率的算得的偏航分量。

转向传感器/致动器150可以适于根据由系统100的逻辑设备(例如控制器130)提供的一个或多个控制信号、用户输入和/或稳定姿态估计来物理调整移动结构101的航向。转向传感器/致动器150可以包括移动结构 101的一个或多个致动器和控制表面(例如，船舵或其他类型的转向或微调机构)，并且可以适于将控制表面物理地调整到多个正和/或负转向角度/ 位置。

推进系统170可以实现为推进器、涡轮机或其他基于推力的推进系统、机械轮式和/或履带式推进系统、基于帆船的推进系统和/或可以用于向移动结构101提供原动力的其他类型的推进系统。在一些实施例中，推进系统170可以是例如非铰接式的，使得由推进系统170生成的原动力和/或推力的方向相对于移动结构101的坐标系是固定的。非铰接式推进系统的非限制性示例包括例如对于例如具有固定推力矢量的船只舷内机，或固定飞机推进器或涡轮机。在其他实施例中，推进系统170可以例如被铰接并且可以耦合于例如转向传感器/致动器150和/或与之集成，使得生成的原动力和/或推力的方向相对于移动结构101的坐标系是可变的。铰接推进系统的非限制性示例包括例如用于船只的舷外机、用于具有可变推力矢量/左舷 (例如，用于操纵船只)的船只的舷内机、帆船、具有可变推力矢量的飞机推进器或涡轮机。

其他模块180可以包括用于例如提供移动结构101的额外环境信息的其他和/或额外传感器、致动器、通信模块/节点和/或用户界面设备。在一些实施例中，其他模块180可以包括湿度传感器、风和/或水温传感器、气压计、雷达系统、可见光谱拍摄装置、红外拍摄装置和/或其他环境传感器，所述其他环境传感器例如提供可以向用户显示和/或被系统100的其他设备(例如，控制器130)使用来提供移动结构101和/或系统100的操作控制的测量和/或其他传感器信号，所述操作控制补偿环境条件，例如速度和 /或方向、膨胀速度、幅度和/或方向和/或移动结构101的路径中的物体。

在其他实施例中，其他模块180可以包括耦合于移动结构101的一个或多个致动设备(例如，聚光灯、红外照明器、拍摄装置、雷达、声纳和 /或其他致动设备)，其中每个致动设备包括适于响应于一个或多个控制信号(例如，由控制器130提供)来相对于移动结构101调整设备的取向的一个或多个致动器。其他模块180可以包括例如感测元件角度传感器，其可以物理耦合于雷达系统160的雷达组件外壳并且被配置成测量天线/感测元件的取向与外壳和/或移动结构101的纵轴线之间的角度。其他模块 180也可以包括旋转天线平台和/或雷达系统160的对应平台致动器。在一些实施例中，其他模块180可以包括与例如OPS 190集成的一个或多个亥姆霍兹线圈，并且被配置成选择性地抵消地球磁场的一个或多个分量。

一般，系统100的元件中的每个可以用任何合适的逻辑设备(例如，处理设备、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器存储设备、存储器阅读器或其他设备或设备的组合) 实现，其可以适于执行、存储和/或接收合适指令，例如实现用于提供例如声纳数据和/或影像或用于在系统100的一个或多个设备之间传送和/或接收通信(例如传感器信号、传感器信息和/或控制信号)的方法的软件指令。在一个实施例中，这样的方法可以包括指令，以例如从各种传感器接收移动结构101和/或声纳系统110的取向、加速度、位置和/或速度、从传感器信号确定换能器取向调整(例如，相对于期望换能器取向)、和/或控制致动器来相应地调整换能器取向，如本文描述的。在另外的实施例中，这样的方法可以包括用于在系统100的各种设备之间形成一个或多个通信链路的指令。

另外，可以提供一个或多个机器可读介质用于存储非暂时性指令以用于加载到用系统100的设备中的一个或多个实现的任何逻辑设备内且由其执行。在这些和其他实施例中，逻辑设备可以在适当情况下用其他部件实现，例如易失性存储器、非易失性存储器和/或一个或多个接口(例如，集成电路间(I2C)接口、移动行业处理器接口(MIPI)、联合测试行动小组 (JTAG)接口(例如，IEEE 1149.1标准测试访问端口和边界扫描架构)，和/或其他接口，例如用于一个或多个天线的接口，或用于特定类型的传感器的接口)。

系统100的元件中的每个可以用一个或多个放大器、调制器、相位调整器、射束形成部件、数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、各种接口、天线、换能器和/或其他模拟和/或数字部件来实现，所述其他模拟和/ 或数字部件使系统100的设备中的每个能够传送和/或接收信号以便例如促进系统100的一个或多个设备之间的有线和/或无线通信。这样的部件可以与例如系统100的对应元件集成。在一些实施例中，相同或相似部件可以用于执行一个或多个传感器测量，如本文所描述的。

例如，相同或相似部件可以用于创建声脉冲(例如，传输控制信号和 /或数字成形控制信号)、将该声脉冲转换成激发信号(例如，成形或未成形传输信号)并且将它传送给声纳换能器元件来产生声束、接收声返回(例如，由声纳换能器元件接收的声波和/或来自该声纳换能器元件的对应电信号)、将声返回转换成声返回数据和/或存储传感器信息、配置数据和/或对应于声纳系统的操作的其他数据，如本文描述的。相似地，相同或相似部件可以用于创建雷达脉冲(例如，传输控制信号和/或数字成形控制信号)、将雷达脉冲转换成激发信号(例如，成形或未成形传输信号)并且将它传送到雷达天线来产生雷达射束、接收雷达回波(例如，被雷达天线接收的电磁波和/或来自雷达天线的对应电信号)、将雷达回波转换成雷达回波数据和/或存储传感器信息、配置数据和/或对应于雷达系统的操作的其他数据，如本文描述的。

传感器信号、控制信号和其他信号可以使用多种有线和/或无线通信技术(其包括例如电压信令、以太网、WiFi、蓝牙(Bluetooth)、Zigbee、Xbee、 Micronet或其他介质和/或短程有线和/或无线网络协议和/或实现)在系统100的元件之间传达。在这样的实施例中，系统100的每个元件可以包括支持有线、无线和/或有线和无线通信技术的组合的一个或多个模块。

在一些实施例中，系统100的各种元件或元件的部分可以例如彼此集成，或可以集成到单个印刷电路板(PCB)上来降低系统复杂性、制造成本、功率要求和/或减少各种传感器测量之间的定时误差。例如，陀螺仪/ 加速计144、用户界面120和控制器130可以被配置成共享一个或多个部件，例如存储器、逻辑设备、通信模块和/或其他部件，并且这样的共享可以起到减少和/或大致消除这样的定时误差同时降低整体系统复杂性和/或成本的作用。

系统100的每个元件可以包括例如一个或多个电池或其他电力存储设备，并且可以包括一个或多个太阳能电池或其他发电设备(例如，风力或水力涡轮机，或从系统100的一个或多个元件的运动产生电力的发电机)。在一些实施例中，设备中的一个或多个可以由移动结构101的电源使用一个或多个电力引线供电。这样的电力引线也可以用于支持系统100的元件之间的一个或多个通信技术。

在各种实施例中，系统100(例如，取向传感器140和/或系统100的其他元件)的逻辑设备可以适于确定参数(例如，使用来自系统100的各种设备的信号)，所述参数用于在静止或运动时将声纳系统110和/或系统 100的其他传感器的坐标系变换为移动结构101的坐标系和/或其他坐标系 /从移动结构101的坐标系和/或其他坐标系变换声纳系统110和/或系统100 的其他传感器的坐标系，如本文描述的。系统100的一个或多个逻辑设备可以适于例如使用这样的参数来将声纳系统110、雷达系统160和/或系统 100的其他传感器的坐标系变换成取向传感器140和/或移动结构101的坐标系/从取向传感器140和/或移动结构101的坐标系变换声纳系统110、雷达系统160和/或系统100的其他传感器的坐标系。此外，这样的参数可以用于确定和/或计算对声纳系统110和/或雷达系统160的取向的一个或多个调整，其对于使声纳系统110和/或雷达系统160的坐标系与例如取向传感器140和/或移动结构101的坐标系或绝对坐标系物理对准将是必需的。从这样的参数确定的调整可以用于选择性地例如对(例如，声纳系统110、雷达系统160和/或系统100的其他传感器或元件的)调整伺服机构/致动器供电，或可以通过用户界面120传达给用户，如本文描述的。

图1B图示根据本公开的实施例的系统100B的图。在图1B中示出的实施例中，与图1A的系统100相似，系统100B可以实现成提供声纳和/ 或雷达数据和/或影像以随移动结构101的操作而使用。例如，系统100B 可以包括声纳系统/OPS 110/190、雷达系统/OPS 160/190、集成用户界面/ 控制器120/130、次级用户界面120、转向传感器/致动器150、传感器集群 /OPS 190(例如，取向传感器140、陀螺仪/加速计144和/或GPS 146)和各种其他传感器和/或致动器。在图1B图示的实施例中，移动结构101实现为机动船，其包括船体105b、甲板106b、横梁107b、耦合于桅杆/传感器底座108b的雷达系统/OPS 160/190、船舵152、舷内机170和耦合于横梁107b的致动声纳系统110。在其他实施例中，船体105b、甲板106b、桅杆/传感器底座108b、船舵152、舷内机170和各种致动设备可以对应于客机或其他类型的车辆、机器人或无人机的属性，例如起落架、客舱、发动机/发动机室、行李箱、顶棚、转向机构、前灯、雷达系统和/或车辆的其他部分。

如在图1B中描绘的，移动结构101包括致动声纳系统110，其进而包括与换能器组件112集成的OPS 190，该换能器组件112通过组件支架/致动器116和横梁支架/电气管道114来耦合于移动结构101的横梁107b。在一些实施例中，组件支架/致动器116可以实现为例如滚动、俯仰和/或偏斜致动器，并且可以适于根据由用户界面/控制器120/130提供的移动结构 101的控制信号和/或取向(例如，滚动、俯仰和/或偏斜)或位置来调整换能器组件112的取向。例如，用户界面/控制器120/130可以适于接收配置成声穿透周围水的一部分的换能器组件112的取向和/或以绝对坐标系为参考的方向，并且适于调整换能器组件112的取向以响应于移动结构101 的运动，使用移动结构101的一个或多个取向和/或位置和/或通过执行本文描述的各种方法而得到的其他传感器信息，来保持位置和/或方向的声透射。

在另一个实施例中，用户界面/控制器120/130可以被配置成调整换能器组件112的取向，以在移动结构101的运动期间从换能器组件112大致向下和/或沿水下踪迹引导声纳传输。在这样的实施例中，水下踪迹可以例如被预定，或可以基于例如最小可允许深度、最大声穿透深度、测深路线等准则参数和/或其他准则参数来确定。换能器组件112可以用声纳位置和 /或取向传感器(SPOS)来实现，其可以包括例如对应于取向传感器140、陀螺仪/加速计144和/或GPS 146的一个或多个传感器，该SPOS被配置成提供换能器组件112的绝对和/或相对位置和/或取向以促进换能器组件 112的致动取向。

在图1B中还示出雷达系统160，其包括集成OPS 190和配置成使雷达天线绕与移动结构101的垂直轴线104大致对准的垂直轴线旋转的雷达天线平台和致动器。在一些实施例中，用户界面/控制器120/130可以被配置成从雷达系统/OPS 160/190的雷达组件接收雷达回波，和从雷达系统 /OPS 160/190接收对应的取向和/或位置数据(例如，对应于在收到雷达回波时雷达系统160的天线的取向和/或位置)，并且然后至少部分基于雷达回波和对应的取向和/或位置数据来生成雷达图像数据。

更一般地，声纳系统110和雷达系统160都是远程感测系统类型，每个具有远程感测组件(例如，声纳组件、雷达组件)，其包括适于安装到移动结构101的外壳，这些远程感测组件每个都具有设置在它们的相应外壳内并且适于测量相关联的感测元件(例如，声纳换能器、雷达天线)的取向和/或位置的OPS，并且每个都访问逻辑设备(例如，控制器130)或与之集成，所述逻辑设备被配置成从对应远程感测组件接收远程传感器返回和从对应OPS接收传感器返回取向和/或位置数据并且至少部分基于该远程传感器返回和传感器返回取向和/或位置数据生成远程传感器图像数据。一旦接收到远程传感器图像数据，用户界面/控制器120/130可以被配置成例如在用户界面120中任一个的显示器上呈现远程传感器图像数据。在一些实施例中，多个远程传感器图像数据集可以使用一个或多个地理参考、目标参考和/或源参考覆盖，在相同用户界面上显示。

在一个实施例中，用户界面120可以安装到大致在甲板106b和/或桅杆/传感器底座108b上的移动结构101。这样的安装可以例如是固定的，或可以包括平衡环和其他调平机构/致动器，使得用户界面120的显示器可以例如关于水平和/或“向下”矢量保持在大致同一个水平线(例如，来模拟典型的用户头部运动/取向)，或因此显示器可以根据用户的期望视图来取向。在另一个实施例中，用户界面120中的至少一个可以位于移动结构 101附近并且遍及移动结构101的用户级(例如，甲板106b)是移动/便携式的。例如，次级用户界面120可以用绳、带、头巾和/或其他类型的用户附着设备来实现并且物理耦合于移动结构101的用户以便在用户和移动结构101附近。在各种实施例中，用户界面120可以用集成到对应用户界面的PCB内的相对薄的显示器来实现，以便减少尺寸、重量、外壳复杂性和 /或制造成本。

如在图1B中示出的，在一些实施例中，速度传感器142可以安装到移动结构101的一部分，例如船体105b，并且适于测量相对水速。在一些实施例中，速度传感器142可以适于提供薄剖面来减少和/或避免水阻力。在各种实施例中，速度传感器142可以安装到是大致在外部容易操作可达的移动结构101的一部分。速度传感器142可以例如包括一个或多个电池和/或其他电力存储设备，并且可以包括一个或多个水力涡轮机来发电。在其他实施例中，速度传感器142可以例如由用于移动结构101的电源使用穿过船体105b的一个或多个电力引线供电。在备选实施例中，速度传感器142可以例如实现为风速度传感器，并且可以安装到桅杆/传感器底座 108b以相对清晰地获取局部风。

在图1B图示的实施例中，移动结构101包括近似在桅杆/传感器底座 108b处(例如，接近移动结构101的重心)汇合的方向/纵轴线102、方向 /横轴线103和方向/垂直轴线104。在一个实施例中，各种轴线可以定义移动结构101和/或传感器集群160的坐标系。

适于测量方向(例如，速率、加速度、航向或包括方向分量的其他状态)的每个传感器可以用底座、致动器和/或伺服机构实现，所述底座、致动器和/或伺服机构可以用于使传感器的坐标系与系统100B和/或移动结构 101的任何元件的坐标系对准。系统100B的每个元件可以位于与图1B中描绘的那些不同的位置处。系统100B的每个设备可以包括例如一个或多个电池或其他电力存储设备，并且可以包括一个或多个太阳能电池或其他发电设备。在一些实施例中，设备中的一个或多个可以由移动结构101的电源供电。如本文指出的，系统100B的每个元件可以用天线、逻辑设备和/或其他模拟和/或数字部件实现，所述其他模拟和/或数字部件使该元件能够提供、接收和处理传感器信号并且与系统100B的一个或多个设备接口连接或通信。此外，该元件的逻辑设备可以适于执行本文描述的方法中的任一个。

图2图示用于远程感测系统200的脉冲功率放大器的偏压控制电路的实施例。如在图2中示出的，远程感测系统200可以包括波形发生器210、功率放大器212、射频传送器214(其包括天线216)、测量电路230和控制电路240。远程感测系统200的各种部件可以由在图1A和1B中标识的系统100(例如声纳系统110或雷达系统160)的部件或电路板中的一个或多个实现。

波形发生器210提供各种波形，例如各种长度的脉冲(例如，不同脉冲宽度)，其可以由天线216传送(例如，作为雷达信号)。例如，可以为长程目标检测生成长和短脉冲波形。在各种实施例中，波形发生器210可以生成其他类型的脉冲，和其他波形类型。例如，在各种实施例中，频率调制连续波雷达(FMCW)信号(例如，线性频率变化信号，也称为线性调频(chirp)信号)可以由波形发生器210为短程目标检测而生成。这样的FMCW信号可以例如实现为上升、下降或上升/下降扫频(例如，上线性调频、下线性调频或上/下线性调频)。

在各种实施例中，波形发生器210可以包括生成参考信号(例如， 10MHz参考信号)的参考信号发生器(例如，晶体振荡器)、直接数字合成器(DDS)和锁相环(PLL)电路。DDS可以被配置成响应于控制信号提供基带信号(例如，采用I和Q信号的形式)，所述基带信号具有可以随远程感测系统200的范围设置而变化的频率偏移和脉冲长度。在一个实施例中，DDS可以由FPGA(例如，FPGA240)和数模转换器实现。

在各种实施例中，波形发生器可以包括与振荡器(例如，在一个实施例中以9.36GHz运行)一起操作以基于参考信号和控制信号提供本地振荡器(LO)信号(例如，微波X带信号，例如9.36GHz信号)的PLL电路。在一个实施例中，上转换器可以将基带信号转化成X带频率范围来提供上转换信号。上转换信号可以是在9.3GHz至9.5GHz的海事雷达微波信号范围内的X带信号。在一个实施例中，上转换器可以实现为I/Q上转换器(例如，单个边带混合器)以有助于遵循国际电信联盟(ITU)光谱发射标准，或其他标准。

在各种实施例中，DDS可以用于在基带信号(例如，在脉冲模式操作期间)中提供脉冲波形并且PLL电路和振荡器可以用于提供FMCW波形 (例如，在FMCW模式操作期间)或大致固定频率。

上转换信号可以由一个或多个放大器(其包括功率放大器212)放大，来产生远程感测信号，例如声纳或雷达信号。在一个实施例中，包括可变增益放大器来定义和控制所传送信号脉冲的上升和下降时间，来减少距离旁瓣并且限制所传送的光谱剖面，以遵循ITS光谱发射标准或其他标准。

在一个实施例中，功率放大器212可以包括一个或多个驱动器，其可以由一个或多个级中的一个或多个GaN基场效应晶体管(FET)实现，以基于一个或多个控制信号(包括偏压控制信号)提供紧凑且高效的放大。在一个实施例中，功率放大器212可以实现为具有匹配电路的陶瓷衬底上的两级或三级GaN器件。在一个实施例中，功率放大器212可以使用多个集成电路(例如，多个芯片模块)、使用具有GaN和/或GaAs驱动器的GaN 高电子移动性晶体管(HEMT)晶片来实现。在一个实施例中，功率放大器212可以被配置成在9.3GHz至9.5GHz的海用雷达传输带(其具有20 瓦或更大的标称峰值输出)上和超过来自+15dBm的输入级的20dB增益上操作。

在一个实施例中，对于功率放大器212的漏极(ID)和栅极(Vg)偏压电流可以响应于控制信号并且与波形发生器210提供的波形一致地开关 (例如，关于某一程度或与之同步)，使得当不期望传送用于远程传感器信号的波形(例如，以在没有期望信号存在时防止载波信号泄漏使雷达系统160的接收部件过载)时，功率放大器212关闭(例如，展示最小增益和最大绝缘)。

在一个实施例中，功率放大器212和远程感测系统200的各种其他部件可以实现为低功率表面安装部件(例如，具有与部件底面共面的连接端子以准许有自动化组件，而不是使用插入封装风格、凸缘安装或利用线接合的芯片)。在该方面，这样的部件的底面可以提供适合于焊接附着到一个或多个PCB并且向这样的PCB耗散热的地面和散热器表面。

在一些实施例中，测量电路230包括电流互感器(T1)，其耦合于功率放大器供应(PA供应)来将测量的电流转换成电压。比较器232将测量的电压与参考电压(Vref)相比较。在操作中，比较器232输出逻辑信号 (ID_LOW)，其指示PA供应是否小于参考电压(Vref)。

在一个实施例中，控制电路240包括现场可编程门阵列(FPGA)，其包括功率放大器驱动控制逻辑242和脉宽调制器(PWM)244，用于在脉冲期间控制栅偏压(Vg)的水平，例如脉宽调制器244的输出(PA_PWM)。控制电路还可以包括用于登记在测量时信号ID_LOW是低还是高的电路。在其他实施例中，控制电路240可以实现为任何合适的逻辑设备(例如，处理设备、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、存储器存储设备、存储器阅读器或其他设备或设备的组合)，其可以适于执行、存储和/或接收合适的指令，例如实现控制环以用于控制本文描述的各种操作的软件指令。

控制电路240包括到系统处理器(例如图1A中图示的控制器130)的各种接口。控制电路240可以被配置成经由到系统处理器的接口(例如， AMM寄存器接口)来向高级控制系统提供驱动控制器的状态。例如，典型的放大器数据可以将静态电流规定为操作条件Idq1＝50～70mA，并且实现其的偏压水平可以是-2.0伏。

在操作中，测量电路230测量功率放大器212中的电流并且将测量的电压与参考电压比较。测量电路输出逻辑信号(ID_LOW)，其指示放大器电流是否小于所需值。控制电路240确定如何响应于测量值来修改偏压。接收PWM 244输出信号PA_PWM的电路250被逻辑信号BIAS_ON启用以在脉冲期间控制栅偏压(Vg)的水平。

将意识到额外电路可以在所描述的系统内提供，例如向功率放大器212施加信号的数模转换器(与偏压控制分开)。在图2中图示的实施例中，偏压控制器是相对低成本的，并且各种分量和信号(例如，偏压_开启 (Bias_On)、ID_Low和ID_Low_Valid(ID_低_有效))是单个位的。在各种实施例中，偏压控制器不需要使用多级数模转换器或模数转换器。

在一个实施例中，在启用偏压之后但在信号脉冲之前登记放大器电流的测量。功率放大器驱动控制逻辑242实现控制算法，其实施例在图3中图示为算法250。在图示的实施例中，在步骤252登记ID_LOW。如果 ID_LOW在登记时为真(步骤254)，则PA_PWM在步骤256递增一来使驱动电流增加。如果ID_LOW在登记时为假(步骤504)，则PA_PWM在步骤258递减一来使驱动电流减小。在该实施例中，PA_PWM的值在电流脉冲期间不改变，但在脉冲中间并且及时地改变以与下一个脉冲一起使用。

因此，本公开的各种实施例可以被配置成，为可以用于控制功率放大器操作的偏压信号提供精确定时和幅度/水平控制。这样的偏压信号可以使所耦合功率放大器的整体功率耗散和使用减少，这较常规系统可以允许有增加的脉冲速率和/或持续时间，而没有热偏差和/或损害功率放大器的风险。同时，这样的偏压信号可以有助于功率放大器通过自动负责对电路的电响应改变(例如由于热变化引起的改变)而在系统运作时产生可靠和/ 或可重复的脉冲幅度。在系统与测距传感器系统(例如雷达系统)集成的实施例中，除在脉冲(其另外将被功率放大器放大并且潜在地在整个传感器系统中传播)持续时间之外相对不受干扰外，还由于可靠的脉冲幅度，所得的传感器数据可以更精确。此外，通过提供放大器的准时和输出的这样的精密控制，成本更低和/或更紧凑的放大器和/或放大器封装技术。

参考图4，时序图图示在本文描述的偏压控制器的某些实施例的操作中的时序延迟的实施例。当功率放大器212打开以及最早时间BIAS_ON 可以再次变低时可以感测ID_LOW，并且当功率放大器212关闭时可以感测ID_LOW。

使用本公开的偏压控制器的远程感测系统的另一个实施例在图5中图示。远程感测系统300包括数字电路310和模拟电路部件，其包括电压比较器327、低通滤波器328、RF开关329、功率放大器栅极控制电路348、功率放大器350和测量电路356。远程感测系统300的各种部件可以由在图1A和1B中标识的系统100(例如声纳系统110或雷达系统160)的部件或电路中的一个或多个来实现，并且可以包括如在图2的实施例中发现的相似部件。

在图示的实施例中，功率放大器350从RF开关329接收射频信号并且产生经放大的RF信号以供远程感测系统300的射频输出部件传输(例如，作为雷达信号)。RF开关329由数字电路310生成的RF_ENABLE控制信号控制。

在一个实施例中，测量电路356耦合于功率放大器漏极供应352并且通过功率放大器漏极连接357耦合于功率放大器350。测量电路356检测来自功率放大器漏极供应352的功率并且输出功率放大器驱动电流测量信号342，其被提供给电压比较器327。该电压比较器327将功率放大器驱动电流测量信号342与功率放大器350的静态电压水平比较，该静态电压水平由向电压比较器327提供参考电压(Vref)的功率放大器静态驱动阈值340设置。电压比较器327将参考电压与功率放大器驱动电流测量信号 342相比较并且向数字电路310输出逻辑信号323(ID_LOW)，其指示功率放大器驱动电流测量信号342是否小于功率放大器静态电压水平。

在一个实施例中，数字电路310包括现场可编程门阵列(FPGA)，其可以包括微控制器312、功率放大器(PA)驱动控制逻辑314、可编程脉冲序列发生器(脉冲器)315、锁存电路322和脉宽调制器244。微控制器 312提供对数字电路310的一般系统控制。在备选实施例中，微控制器312 可以作为在数字电路/FPGA310外部的部件而提供。功率放大器驱动控制逻辑314和脉冲器315可以经由数据和控制总线313连接到微控制器312。在一个实施例中，控制RF开关329、PA驱动控制逻辑314、PA栅极控制电路348和/或锁存电路32的某些逻辑和控制信号由脉冲器315提供。

在各种实施例中，数字电路310可以实现为任何合适的逻辑设备(例如，处理设备、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、存储器存储设备、存储器阅读器或其他设备或设备的组合)，其可以适于执行、存储和/或接收合适的指令，例如实现控制环以用于控制本文描述的各种操作的软件指令。

如图示的，锁存电路322从电压比较器327接收ID_LOW信号并且从脉冲器315接收ID_LOW_VALID逻辑信号，并且锁存电路322输出被PA 驱动控制逻辑314登记的锁存_ID_低(LATCHED_ID_LOW)。功率放大器驱动控制逻辑314使用经登记的LATCHED_ID_LOW和脉冲调制控制时间同步信号(PWM同步)来控制PWM 324并且调整脉宽调制输出信号 (PA_PWM)。在一个实施例中，PA驱动控制逻辑314包括由微控制器312 执行以用于使用经登记的LATCHED_ID_LOW信号来实现在图3的实施例中描述的控制逻辑的逻辑。

在各种实施例中，PWM 324向低通滤波器328输出脉宽调制输出信号 (PA_PWM)，该低通滤波器产生PA栅极电压控制344，其对功率放大器 350设置静态漏极电流。功率放大器栅极控制348耦合于PA栅极电源346 并且接收PA栅极控制电压344来生成提供给功率放大器350的PA栅极驱动信号。PA栅极控制348可以由从脉冲器接收的Bias_On信号启用。

图6是图示根据实施例的用于操作自动偏压控制器的过程400的流程图。在步骤410中，确定功率放大器的静态电流。在步骤420，测量供应给功率放大器的电流。在一个实施例中，测量电流可以包括使用电流互感器将测量的电流转换成测量的电压。接着，在步骤430中，测量的电流与静态电流比较。在一个实施例中，比较可以包括提供与静态电流匹配的参考信号、接收测量的电压并且设置逻辑信号来指示测量的电流是低于还是高于静态电流。在步骤440中，使用控制电路来调整施加给功率放大器的偏压信号。在一个实施例中，偏压调整可以包括产生脉宽调制信号以供应给功率放大器、基于比较来调整脉宽调制信号并且对提供给功率放大器的栅脉冲定时。在一个实施例中，脉宽调制信号在脉冲中间且及时地被调整以与下一个脉冲一起使用。

在能适用的情况下，本公开提供的各种实施例可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合实现。同样在能适用的情况下，本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以组合成复合部件，其包括软件、硬件和/或两者都包 =而没有偏离本公开的精神。在能适用的情况下，本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以分成子部件，其包括软件、硬件或两者都包括而不偏离本公开的精神。另外，在能适用的情况下，预想软件部件可以实现为硬件部件，并且反之亦然。

根据本公开的软件(例如非暂时性指令、程序代码和/或数据)可以存储在一个或多个非暂时性机器可读介质上。还预想本文标识的软件可以使用一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实现(联网和/或用别的方式)。在能适用的情况下，本文描述的各种步骤的排序可以改变、组合成复合步骤和/或分成子步骤来提供本文描述的特征。

上文描述的实施例图示而不限制本实用新型。还应理解许多修改和变化根据本实用新型的原理是可能的。因此，本实用新型的范围仅仅由随附权利要求限定。

前面的公开不意在将本公开限制在所公开的使用的精确形式或特定领域。如此，预想本公开的各种备选实施例和/或对本公开的修改无论在本文是被明确描述还是被暗示都鉴于本公开是可能的。从而在描述本公开的实施例的情况下，本领域内技术人员将认识到可以在形式和细节方面做出改变而不偏离本公开的范围。从而，本公开仅仅由权利要求限制。