(57)【要約】  方法は、伝送のために、T秒のパルス間間隔で幅t秒のN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するステップを含むものとしてよく、シーケンス内の各パルスは、直交位相シーケンスに従って特定の定位相を有し、その位相は、変調の第1の方向で各パルスに適用される。方法は、送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを反射する1つまたは複数の物体から受信される受信エコーエネルギーの位相を変調するステップをさらに含むものとしてよく、変調の第2の方向は、変調の第1の方向と反対である。方法は、変調された受信エコーエネルギーから、受信エコーエネルギーのN回の固有の不連続周波数変換を1/NT Hzの倍数に等しい大きさの、反射物体のレンジrの関数として行うステップをさらに含むものとしてよく、周波数変換は、受信エコーエネルギーのスペクトルを保存し、組合せで複合信号周波数スペクトルを形成し得る。
2017524927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
1つまたは複数の反射物体からの波エネルギーの反射を使用して、前記1つまたは複数の反射物体からの前記反射のスペクトル特性を通じて前記1つまたは複数の反射物体のいくつかの特性を特徴付けるための方法であって、
伝送のために、T秒のパルス間間隔で幅t秒のN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するステップであって、前記シーケンス内の各パルスは、直交位相シーケンスに従って特定の定位相を有し、前記位相は、変調の第1の方向で各パルスに適用される、ステップと、
送信された前記N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスに使用されるものと同一の前記直交位相シーケンスによって、各受信部分間隔において前記送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを反射する1つまたは複数の物体から受信される受信エコーエネルギーの位相を変調するステップであって、変調の第2の方向は、変調の前記第1の方向とは反対であり、それにより、ラウンドトリップエコー時間のTの不連続単位で測定された特定のレンジrで特定の反射物体から反射されたエコーエネルギーに適用される正味位相変調は、伝送時の送信されたパルスの位相とレンジrからの前記受信エコーエネルギーに適用される位相との間の差であり、前記差の方向はいずれでもよい、ステップと、
変調された前記受信エコーエネルギーから、前記受信エコーエネルギーのN回の固有の不連続周波数変換を1/NT Hzの倍数に等しい大きさの、前記反射物体のレンジrの関数として行うステップであって、前記周波数変換は、前記受信エコーエネルギーのスペクトルを保存し、組合せで複合信号周波数スペクトルを形成する、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記直交位相シーケンスは、φ(n)=M(an^2+bn+c)によって表され、
ここで、φ(n)は、パルスインデックスnを有するパルスに適用される位相であり、Mは、Nとの公約数を有しない整数定数であり、nは、1からNの範囲内の繰り返しシーケンス内のパルスのインデックスであり、aは、位相の1回転を法としたときに、ラジアンの位相単位に対してπ/Nに設定される、位相シーケンスの繰り返し間隔を定義する定数であり、bおよびcは、任意の値の定数であり、
N回の周波数変換を行う前記ステップは、1/T Hzを法とするMa(r-i)/NT Hzの形態のレンジrの関数として前記受信エコーエネルギーの周波数変換を行うステップを含み、
ここで、インデックスiは、生成されたパルスへのφ(n)の適用と受信エコーエネルギーへのφ(n)の適用との間のnの任意のインデックスオフセットを表す、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記定数Mの単一の値を使用して生成される位相を有する送信されたパルスのシーケンスに対する前記受信エコーエネルギーの1つまたは複数のスペクトル特徴が、スペクトルの重なりなしでそれぞれのレンジrに対して1/NT Hzのスペクトル間隔内に収まると決定するステップと、
各レンジrから対応する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴をあいまいなく特徴付けるステップと、
特徴付けられた前記スペクトル特徴を特定のレンジに割り当てるステップと
をさらに含む、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記1つまたは複数の反射物体のうちの1つまたは複数からの前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴が、それぞれのレンジのうちの1つまたは複数に対する1/NT Hzのスペクトル間隔または異なるレンジの重なりからの前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴の外にあり、エコーエネルギースペクトルにおいてスペクトル特徴にレンジを割り当てる際にあいまいさを生じることを決定するステップをさらに含み、
N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成する前記ステップは、前記定数Mの複数の値を使用してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するステップを含み、
前記方法は、
各レンジrについて、前記定数Mの少なくとも1つの値を見つけることによって、偏移した、または重なり合うスペクトル特徴のあいまいさをなくすために対応する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴のパラメータを決定するステップであって、偏移または重なりはいずれも、Mの異なる値によって生成されるスペクトルレンジ順序の並べ替えを通じて解決される、ステップと、
重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する各レンジrから前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴を特徴付けるステップと、
特徴付けられた前記スペクトル特徴を特定のレンジに割り当てるステップと
をさらに含む、請求項2に記載の方法。
【請求項５】
重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴を特徴付ける前記ステップは、
前記定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得するステップと、
m個のスペクトルのうちのいずれかからレンジに関してあいまいなく割り当て可能なスペクトル特徴を任意のレンジrについて特徴付けるステップと、
各対応するレンジrについて特徴付けられた前記スペクトル特徴を、Mの各値に対する前記特徴に対するそれぞれのスペクトル位置において前記m個のスペクトルの各々から減算するステップと、
残りのスペクトル特徴に対する修正されたスペクトルで、先行する2つのステップを繰り返すステップと
を含む、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
異なるレンジ間隔rからの重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴を特徴付ける前記ステップは、
前記定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得するステップと、
各レンジrについて、
(a)取得されたm個のスペクトルを循環的に偏移させ、そのレンジrからのゼロドップラー速度における受信エコーエネルギーが位置する各スペクトル内の点で整列させ、
(b)整列させたスペクトル内の各周波数について、整列させたスペクトルの集合体からのその周波数での最小値を取ることによって最小スペクトルを形成し、
(c)プリセットされた閾値を超える、所定の周波数窓内に位置する、前記最小スペクトル内の任意のスペクトル特徴を、レンジrでの1つまたは複数の物体に対する前記スペクトル特徴を表すものとして特徴付けるステップと
を含む、請求項4に記載の方法。
【請求項７】
異なるレンジ間隔rからの重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴を特徴付ける前記ステップは、
前記定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得するステップと、
プリセットされた閾値を超える受信エコーエネルギーを有する各レンジrにおける1つまたは複数のスペクトル特徴が特徴付けられるまで、
(a)各レンジrについて、
(1)m個のスペクトルを循環的に偏移させ、そのレンジrからのゼロドップラー速度における反射が位置する各スペクトル内の点で一致させ、
(2)前記スペクトル内の各周波数について、偏移させたスペクトルの集合体からのその周波数でのスペクトルエネルギーの最小値を取ることによって各レンジrについて最小スペクトルを形成し、
(3)各レンジrに対する前記最小スペクトルのスペクトルピークにおけるエネルギーを表す値を決定するステップ、
(b)最大のピークエネルギー値を発生させるレンジrを選択するステップ、
(c)レンジrについて計算された前記最小スペクトルから、選択されたレンジrに対する1つまたは複数のスペクトル特徴を特徴付けるステップ、
(d)対応する1つまたは複数のスペクトル位置で、減算によりm個のすべてのスペクトルから、前記選択されたレンジrについて特徴付けられた前記1つまたは複数のスペクトル特徴を取り除くステップ、および
(e)次に高いスペクトル成分を特徴付けるために、修正された前記m個のスペクトルを使用して、ステップ(a)〜(d)を繰り返すステップを実行するステップと
を含む、請求項4に記載の方法。
【請求項８】
N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成する前記ステップは、
(a)時間的に順次、(b)直交偏波を使用して同時に、(c)別々に位相変調された多重周波数搬送波の使用を通じて同時に、または(d)これらの任意の組合せによって、前記定数Mの2つまたはそれ以上の値に対してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するステップを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項９】
送信されたパルスごとにただ1つの受信部分間隔レンジゲートがあり、
エコーエネルギーを受信することは、すべてのレンジからのすべてのエコーエネルギーを受信することを含み、
前記方法は、
ただ1つの時系列およびスペクトルを生成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
送信されたパルスごとに2つまたはそれ以上の受信部分間隔レンジゲートがあり、
前記受信エコーエネルギーの位相変調は、前記2つまたはそれ以上のレンジゲートにおけるエネルギーに別々に適用され、
前記方法は、
2つまたはそれ以上の時系列およびスペクトルを生成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
tはTに等しく、これは100%デューティサイクルの連続パルスの場合であり、
前記方法は、
生成された前記N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを送信するステップと、
送信する前記ステップにおいて、物理的分離および電磁的隔離の一方または両方を通じて送信機信号から隔離されている受信機により、送信エネルギーを反射する物体からエコーエネルギーを受信するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成する前記ステップは、送信機によって実行され、
前記方法は、
モノスタティック動作では前記送信機と同一の場所にある受信機により、送信エネルギーを反射する物体からのエコーエネルギーを受信するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成する前記ステップは、1つまたは複数の送信機が前記N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを連続的に送信することによって実行され、
前記方法は、
バイスタティックまたはマルチスタティック動作では1つまたは複数のリモート受信機により、送信エネルギーを反射する物体からのエコーエネルギーを受信するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
生成された前記N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを、可聴波、電波、光波、または他の波長で電磁波として、音波として、または振動波として送信するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１５】
生成された前記N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを、位相変調されたコヒーレント波として、または位相変調されたコヒーレント波によって変調された非コヒーレント波搬送波として送信するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１６】
T秒のパルス間間隔で幅t秒のN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを伝送のために生成するように構成されたシーケンスジェネレータであって、前記シーケンス内の各パルスは、直交位相シーケンスに従って特定の定位相を有し、前記位相は、変調の第1の方向で各パルスに適用される、シーケンスジェネレータと、
伝送のために生成された前記N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスに使用されるものと同一の前記直交位相シーケンスによって、各受信部分間隔において送信された前記N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを反射する1つまたは複数の物体から受信される受信エコーエネルギーの位相を変調するように構成された変調器であって、変調の第2の方向は、変調の前記第1の方向とは反対であり、それにより、ラウンドトリップエコー時間のTの不連続単位で測定された特定のレンジrで特定の反射物体から反射されたエコーエネルギーに適用される正味位相変調は、伝送時の送信されたパルスの位相とレンジrからの前記受信エコーエネルギーに適用される位相との間の差であり、前記差の方向はいずれでもよい、変調器と、
変調された前記受信エコーエネルギーから、前記受信エコーエネルギーのN回の固有の不連続周波数変換を1/NT Hzの倍数に等しい大きさの、前記反射物体のレンジrの関数として行うように構成されたシグナルプロセッサであって、前記周波数変換は、前記受信エコーエネルギーのスペクトルを保存し、組合せで複合信号周波数スペクトルを形成する、シグナルプロセッサと
を備えるシステム。
【請求項１７】
前記シーケンスジェネレータは、φ(n)=M(an^2+bn+c)によって表される直交位相シーケンスを生成するようにさらに構成され、
ここで、φ(n)は、パルスインデックスnを有するパルスに適用される位相であり、Mは、Nとの公約数を有しない整数定数であり、nは、1からNの範囲内の繰り返しシーケンス内のパルスのインデックスであり、aは、位相の1回転を法としたときに、ラジアンの位相単位に対してπ/Nに設定される、位相シーケンスの繰り返し間隔を定義する定数であり、bおよびcは、任意の値の定数であり、
前記シグナルプロセッサは、変調された受信エコーエネルギーの周波数変換を1/T Hzを法とするMa(r-i)/NT Hzの形態のレンジrの関数として行い、
ここで、インデックスiは、伝送のために生成されたシーケンスへのφ(n)の適用と前記変調器による受信エコーエネルギーへのφ(n)の適用との間のnの任意のインデックスオフセットを表す、請求項16に記載のシステム。
【請求項１８】
前記シグナルプロセッサは、
前記定数Mの単一の値を使用して生成される位相を有する送信されたパルスのシーケンスに対する前記受信エコーエネルギーの1つまたは複数のスペクトル特徴が、スペクトルの重なりなしでそれぞれのレンジrに対して1/NT Hzのスペクトル間隔内に収まると決定し、
各レンジrから対応する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴をあいまいなく特徴付け、
特徴付けられた前記スペクトル特徴を特定のレンジに割り当てるようにさらに構成される、請求項17に記載のシステム。
【請求項１９】
前記シグナルプロセッサは、前記1つまたは複数の反射物体のうちの1つまたは複数からの前記受信エコーエネルギーの1つまたは複数のスペクトル特徴が、それぞれのレンジに対する1/NT Hzのスペクトル間隔または異なるレンジの重なりからの前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴の外にあり、エコーエネルギースペクトルにおいてスペクトル特徴にレンジを割り当てる際にあいまいさを生じることを決定するようにさらに構成され、
前記シーケンスジェネレータは、前記定数Mの複数の値を使用してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを伝送のために生成するようにさらに構成され、
前記シグナルプロセッサは、各レンジrについて、前記定数Mの少なくとも1つの値を見つけることによって、偏移した、または重なり合うスペクトル特徴のあいまいさをなくすために対応する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴のパラメータを決定し、偏移または重なりはいずれも、Mの異なる値によって生成されるスペクトルレンジ順序の並べ替えを通じて解決され、そのレンジrに対する前記受信エコーエネルギーのあいまいさをなくした前記スペクトル特徴をあいまいなく特徴付け、特徴付けられた前記スペクトル特徴を特定のレンジに割り当てるように構成される、請求項17に記載のシステム。
【請求項２０】
前記シグナルプロセッサは、前記1つまたは複数の反射物体のうちの1つまたは複数からの前記受信エコーエネルギーの1つまたは複数のスペクトル特徴が、それぞれのレンジに対する1/NT Hzのスペクトル間隔または異なるレンジの重なりからの前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴の外にあり、エコーエネルギースペクトルにおいてスペクトル特徴にレンジを割り当てる際にあいまいさを生じることを決定するようにさらに構成され、
前記シーケンスジェネレータは、前記定数Mの複数の値を使用してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを伝送のために生成するようにさらに構成され、
前記シグナルプロセッサは、
前記定数Mの複数の値に対するN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスの伝送の結果生じる対応する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴のパラメータを決定し、
特定のレンジrにおいて重なり合う、または偏移したスペクトル特徴のあいまいさをなくし、特徴付けることを、
前記定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得する手順と、
(a)m個のスペクトルのうちのいずれかからレンジに関してあいまいなく割り当て可能なスペクトル特徴を任意のレンジrについて特徴付ける手順と、
(b)各対応するレンジrについて特徴付けられた前記スペクトル特徴を、Mの各値に対する前記特徴に対するそれぞれのスペクトル位置において前記m個のスペクトルの各々から減算する手順と、
(c)減算によって修正された前記m個のスペクトルで、手順(a)および(b)を繰り返す手順と
によって行うように構成される、請求項17に記載のシステム。
【請求項２１】
前記シグナルプロセッサは、前記1つまたは複数の反射物体のうちの1つまたは複数からの前記受信エコーエネルギーの1つまたは複数のスペクトル特徴が、それぞれのレンジに対する1/NT Hzのスペクトル間隔または異なるレンジの重なりからの前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴の外にあり、エコーエネルギースペクトルにおいてスペクトル特徴にレンジを割り当てる際にあいまいさを生じることを決定するようにさらに構成され、
前記シーケンスジェネレータは、前記定数Mの複数の値を使用してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを伝送のために生成するようにさらに構成され、
前記シグナルプロセッサは、
前記定数Mの複数の値に対するN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスの伝送の結果生じる対応する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴のパラメータを決定し、
特定のレンジrにおいて重なり合う、または偏移したスペクトル特徴のあいまいさをなくし、特徴付けることを、
前記定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得する手順と、
各レンジrについて
(a)取得されたm個のスペクトルを循環的に偏移させ、そのレンジrからのゼロドップラー速度における受信エコーエネルギーが位置する各スペクトル内の点で整列させ、
(b)整列させたスペクトル内の各周波数について、整列させたスペクトルの集合体からのその周波数での最小値を取ることによって最小スペクトルを形成し、
(c)プリセットされた閾値を超える、所定の周波数窓内に位置する任意のスペクトル特徴を、レンジrでの1つまたは複数の反射物体に対する前記スペクトル特徴を表すものとして特徴付ける手順と
によって行うように構成される、請求項17に記載のシステム。
【請求項２２】
前記シグナルプロセッサは、前記1つまたは複数の反射物体のうちの1つまたは複数からの前記受信エコーエネルギーの1つまたは複数のスペクトル特徴が、それぞれのレンジに対する1/NT Hzのスペクトル間隔または異なるレンジの重なりからの前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴の外にあり、エコーエネルギースペクトルにおいてスペクトル特徴にレンジを割り当てる際にあいまいさを生じることを決定するようにさらに構成され、
前記シーケンスジェネレータは、前記定数Mの複数の値を使用してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを伝送のために生成するようにさらに構成され、
前記シグナルプロセッサは、
前記定数Mの複数の値に対するN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスの伝送の結果生じる対応する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴のパラメータを決定し、
特定のレンジrにおいて重なり合う、または偏移したスペクトル特徴のあいまいさをなくし、特徴付けることを、
前記定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得する手順と、
(a)各レンジrについて、
(1)m個のスペクトルを循環的に偏移させ、そのレンジrからのゼロドップラー速度における反射が位置する各スペクトル内の点で一致させ、
(2)前記スペクトル内の各周波数について、偏移させたスペクトルの集合体からのその周波数でのスペクトルエネルギーの最小値を取ることによってそのレンジrについて最小スペクトルを形成し、
(3)そのレンジrに対する前記最小スペクトルのスペクトルピークにおけるエネルギーを表す値を決定する手順、
(b)最大のピークエネルギー値を発生させるレンジrを選択する手順、
(c)レンジrについて計算された前記最小スペクトルから、選択されたレンジrに対する1つまたは複数のスペクトル特徴を特徴付ける手順、
(d)対応する1つまたは複数のスペクトル位置で、減算によりm個のすべてのスペクトルから、前記選択されたレンジrについて特徴付けられた前記1つまたは複数のスペクトル特徴を取り除く手順、および
(e)スペクトルエネルギーの降順で1つまたは複数の追加のスペクトル特徴を特徴付けるために、修正された前記m個のスペクトルを使用して、手順(a)〜(d)を繰り返す手順を実行してエコーエネルギーの測定量の降順でスペクトル特徴を特徴付ける手順と
によって行うように構成される、請求項17に記載のシステム。
【請求項２３】
前記シーケンスジェネレータは、(a)時間的に順次、(b)直交偏波を使用して同時に、(c)別々に位相変調された多重周波数搬送波の使用を通じて同時に、または(d)これらの任意の組合せによって、前記定数Mの2つまたはそれ以上の値に対してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するように構成される、請求項17に記載のシステム。
【請求項２４】
送信されたパルスごとにただ1つの受信部分間隔レンジゲートがあり、
前記シグナルプロセッサは、1つの時系列およびスペクトルを生成する、請求項16に記載のシステム。
【請求項２５】
送信されたパルスごとに2つまたはそれ以上の受信部分間隔レンジゲートがあり、
前記受信エコーエネルギーの位相変調は、前記2つまたはそれ以上のレンジゲートにおけるエネルギーに別々に適用され、
前記シグナルプロセッサは、2つまたはそれ以上の時系列およびスペクトルを生成する、請求項16に記載のシステム。
【請求項２６】
tはTに等しく、これは100%デューティサイクルの連続パルスの場合である、請求項16に記載のシステム。
【請求項２７】
前記N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを、可聴波、電波、光波、または他の波長で電磁波として、音波として、または振動波として送信するように構成された送信機をさらに備える、請求項16に記載のシステム。
【請求項２８】
前記シーケンスジェネレータは、位相変調されたコヒーレント波であるか、または位相変調されたコヒーレント波によって変調された非コヒーレント波搬送波であるN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するようにさらに構成される、請求項16に記載のシステム。
【請求項２９】
コンピュータ可読プログラム命令を含むコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータ可読プログラム命令は、エコーレンジングシステムの信号処理システムのプロセッサによって読み込まれたときに、前記プロセッサに、
伝送のために、T秒のパルス間間隔で幅t秒のN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成する手順であって、前記シーケンス内の各パルスは、直交位相シーケンスに従って特定の定位相を有し、前記位相は、変調の第1の方向で各パルスに適用される、手順と、
送信された前記N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスに使用されるものと同一の前記直交位相シーケンスによって、各受信部分間隔において前記送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを反射する1つまたは複数の物体から受信される受信エコーエネルギーの位相を変調する手順であって、変調の第2の方向は、変調の前記第1の方向とは反対であり、それにより、ラウンドトリップエコー時間のTの不連続単位で測定された特定のレンジrで特定の反射物体から反射されたエコーエネルギーに適用される正味位相変調は、伝送時の送信されたパルスの位相とレンジrからの前記受信エコーエネルギーに適用される位相との間の差であり、前記差の方向はいずれでもよい、手順と、
変調された前記受信エコーエネルギーから、前記受信エコーエネルギーのN回の固有の不連続周波数変換を1/NT Hzの倍数に等しい大きさの、前記反射物体のレンジrの関数として行う手順であって、前記周波数変換は、前記受信エコーエネルギーのスペクトルを保存し、組合せで複合信号周波数スペクトルを形成する、手順と
を実行させる、コンピュータプログラム。
【請求項３０】
前記コンピュータ可読プログラム命令は、前記プロセッサによって読み込まれたときに、前記プロセッサに、
φ(n)=M(an^2+bn+c)によって表される前記直交位相シーケンスに従う位相を有するN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成する手順をさらに実行させ、
ここで、φ(n)は、パルスインデックスnを有するパルスに適用される位相であり、Mは、Nとの公約数を有しない整数定数であり、nは、1からNの範囲内の繰り返しシーケンス内のパルスのインデックスであり、aは、位相の1回転を法としたときに、ラジアンの位相単位に対してπ/Nに設定される、位相シーケンスの繰り返し間隔を定義する定数であり、bおよびcは、任意の値の定数であり、
N回の周波数変換を行う前記手順は、1/T Hzを法とするMa(r-i)/NT Hzの形態のレンジrの関数として前記受信エコーエネルギーの周波数変換を行う手順を含み、
ここで、インデックスiは、生成されたパルスへのφ(n)の適用と受信エコーエネルギーへのφ(n)の適用との間のnの任意のインデックスオフセットを表す、請求項29に記載のコンピュータプログラム。
【請求項３１】
前記コンピュータ可読プログラム命令は、前記プロセッサによって読み込まれたときに、前記プロセッサに、
前記定数Mの単一の値を使用して生成される位相を有する送信されたパルスのシーケンスに対する前記受信エコーエネルギーの1つまたは複数のスペクトル特徴が、スペクトルの重なりなしでそれぞれのレンジrに対して1/NT Hzのスペクトル間隔内に収まると決定する手順と、
各レンジrから対応する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴をあいまいなく特徴付ける手順と、
特徴付けられた前記スペクトル特徴を特定のレンジに割り当てる手順と
をさらに実行させる、請求項30に記載のコンピュータプログラム。
【請求項３２】
前記コンピュータ可読プログラム命令は、前記プロセッサによって読み込まれたときに、前記プロセッサに、
前記1つまたは複数の反射物体のうちの1つまたは複数からの前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴が、それぞれのレンジのうちの1つまたは複数に対する1/NT Hzのスペクトル間隔または異なるレンジの重なりからの前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴の外にあり、エコーエネルギースペクトルにおいてスペクトル特徴にレンジを割り当てる際にあいまいさを生じることを決定する手順と、
前記定数Mの複数の値を使用してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成する手順と、
各レンジrについて、前記定数Mの少なくとも1つの値を見つけることによって、偏移した、または重なり合うスペクトル特徴のあいまいさをなくすために対応する前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴のパラメータを決定する手順であって、偏移または重なりはいずれも、Mの異なる値によって生成されるスペクトルレンジ順序の並べ替えを通じて解決される、手順と、
重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する各レンジrから前記受信エコーエネルギーのスペクトル特徴を特徴付ける手順と、
特徴付けられた前記スペクトル特徴を特定のレンジに割り当てる手順と
をさらに実行させる、請求項30に記載のコンピュータプログラム。
【請求項３３】
前記コンピュータ可読プログラム命令は、前記プロセッサによって読み込まれたときに、前記プロセッサに、
前記定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得する手順と、
m個のスペクトルのうちのいずれかからレンジに関してあいまいなく割り当て可能なスペクトル特徴を任意のレンジrについて特徴付ける手順と、
各対応するレンジrについて特徴付けられた前記スペクトル特徴を、Mの各値に対する前記特徴に対するそれぞれのスペクトル位置において前記m個のスペクトルの各々から減算する手順と、
残りのスペクトル特徴に対する修正されたスペクトルで、先行する2つの手順を繰り返す手順と
をさらに実行させる、請求項32に記載のコンピュータプログラム。
【請求項３４】
前記コンピュータ可読プログラム命令は、前記プロセッサによって読み込まれたときに、前記プロセッサに、
前記受信エコーエネルギーが、異なるレンジ間隔rからの重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する場合に、
前記定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得する手順と、
各レンジrについて、
(a)取得されたm個のスペクトルを循環的に偏移させ、そのレンジrからのゼロドップラー速度における受信エコーエネルギーが位置する各スペクトル内の点で整列させ、
(b)整列させたスペクトル内の各周波数について、整列させたスペクトルの集合体からのその周波数での最小値を取ることによって最小スペクトルを形成し、
(c)プリセットされた閾値を超える、所定の周波数窓内に位置する、前記最小スペクトル内の任意のスペクトル特徴を、レンジrでの1つまたは複数の物体に対する前記スペクトル特徴を表すものとして特徴付ける手順と
をさらに実行させる、請求項32に記載のコンピュータプログラム。
【請求項３５】
前記コンピュータ可読プログラム命令は、前記プロセッサによって読み込まれたときに、前記プロセッサに、
前記受信エコーエネルギーが、異なるレンジ間隔rからの重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する場合に、
前記定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得する手順と、
プリセットされた閾値を超える受信エコーエネルギーを有する各レンジrにおける1つまたは複数のスペクトル特徴が特徴付けられるまで、
(a)各レンジrについて、
(1)m個のスペクトルを循環的に偏移させ、そのレンジrからのゼロドップラー速度における反射が位置する各スペクトル内の点で一致させ、
(2)前記スペクトル内の各周波数について、偏移させたスペクトルの集合体からのその周波数でのスペクトルエネルギーの最小値を取ることによって各レンジrについて最小スペクトルを形成し、
(3)各レンジrに対する前記最小スペクトルのスペクトルピークにおけるエネルギーを表す値を決定する手順、
(b)最大のピークエネルギー値を発生させるレンジrを選択する手順、
(c)レンジrについて計算された前記最小スペクトルから、選択されたレンジrに対する1つまたは複数のスペクトル特徴を特徴付ける手順、
(d)対応する1つまたは複数のスペクトル位置で、減算によりm個のすべてのスペクトルから、前記選択されたレンジrについて特徴付けられた前記1つまたは複数のスペクトル特徴を取り除く手順、および
(e)次に高いスペクトル成分を特徴付けるために、修正された前記m個のスペクトルを使用して、手順(a)〜(d)を繰り返す手順を実行する手順と
をさらに実行させる、請求項32に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーダーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスドップラーレーダーシステムは、あいまいでないレンジ(unambiguous range)および速度に対して制限を有しており、これらの下であいまいでない速度能力の増大はあいまいでないレンジ能力の低下を生み出し、またその逆も生じることがよく知られている。実際、これは、気象レーダーでは竜巻などの厳しい天気事象に存在する速度を特徴付けることができないことを意味する。気象レーダーのあいまいでない速度レンジを拡大する方法は、複数のパルス繰り返し周波数を使用するステップを含むが、そのような方法は、竜巻において遭遇する複雑なスペクトルを特徴付けることができない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施態様において、1つまたは複数の反射物体からの波エネルギーの反射を使用してそれらからの反射のスペクトル特性を通してこれらの物体のいくつかの特性を特徴付けるための方法は、伝送のために、T秒のパルス間間隔で幅t秒のN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するステップを含み得る。このシーケンス内の各パルスは、直交位相シーケンスに従って特定の定位相を有するものとしてよく、その位相は、変調の第1の方向(first sense of modulation)で各パルスに適用され得る。方法は、送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスに使用されるものと同一の直交位相シーケンスによって、各受信部分間隔において送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを反射する1つまたは複数の物体から受信されるエコーエネルギーの位相を変調するステップを含み、変調の第2の方向は、変調の第1の方向とは反対であり、それにより、ラウンドトリップエコー時間のTの不連続単位で測定された特定のレンジrで特定の反射物体から反射されたエコーエネルギーに適用される正味位相変調は、伝送時の送信パルスの位相とレンジrからの受信エコーエネルギーに適用される位相との間の差であり、差の方向はいずれでもよい。方法は、変調された受信エコーエネルギーから、受信エコーエネルギーのN回の固有の不連続周波数変換を1/NT Hzの倍数に等しい大きさの、反射物体のレンジrの関数として行うステップを含むものとしてよく、その周波数変換は、受信エコーエネルギーのスペクトルを保存し、組合せで複合信号周波数スペクトルを形成し得る。
【０００４】
別の実施態様において、システムは、シーケンスジェネレータと、変調器と、シグナルプロセッサとを備え得る。シーケンスジェネレータは、T秒のパルス間間隔で幅t秒のN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを伝送のために生成するように構成されるものとしてよく、シーケンス内の各パルスは、直交位相シーケンスに従って特定の定位相を有し、その位相は、変調の第1の方向で各パルスに適用される。変調器は、伝送のために生成された信号に使用されるものと同一の直交位相シーケンスによって、各受信部分間隔において送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを反射する1つまたは複数の物体から受信されるエコーエネルギーの位相を変調するように構成されるものとしてよく、変調の第2の方向は、変調の第1の方向とは反対であり、それにより、ラウンドトリップエコー時間のTの不連続単位で測定された特定のレンジ間隔rで特定の反射物体から反射されたエコーエネルギーに適用される正味位相変調は、伝送時の送信パルスの位相とレンジrからの受信エコーエネルギーに適用される位相との間の差であり、差の方向はいずれでもよい。シグナルプロセッサは、変調された受信エコーエネルギーから、受信エコーエネルギーのN回の固有の不連続周波数変換を1/NT Hzの倍数に等しい大きさの、反射物体のレンジrの関数として行うように構成されるものとしてよく、その周波数変換は、受信エコーエネルギーのスペクトルを保存し、組合せで複合信号周波数スペクトルを形成し得る。
【０００５】
別の実施形態において、コンピュータプログラム製品は、コンピュータ可読プログラム命令が一緒に具現化されている少なくとも1つのコンピュータ可読記憶媒体を備えるものとしてよい。コンピュータ可読プログラム命令は、エコーレンジングシステム(echo-ranging system)の信号処理システムのプロセッサによって読み出されたときに、T秒のパルス間間隔で幅t秒のN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを伝送のために生成するように構成されるものとしてよく、シーケンス内の各パルスは、直交位相シーケンスに従って特定の定位相を有し、その位相は、変調の第1の方向で各パルスに適用される。コンピュータ可読プログラム命令は、プロセッサによって読み出されたときに、送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスに使用されるものと同一の直交位相シーケンスによって、各受信部分間隔において送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを反射する1つまたは複数の物体から受信されるエコーエネルギーの位相を変調するようにさらに構成されるものとしてよく、変調の第2の方向は、変調の第1の方向とは反対であり、それにより、ラウンドトリップエコー時間のTの不連続単位で測定された特定のレンジrで特定の反射物体から反射されたエコーエネルギーに適用される正味位相変調は、伝送時の送信パルスの位相とレンジrからの受信エコーエネルギーに適用される位相との間の差であり、差の方向はいずれでもよい。コンピュータ可読プログラム命令は、プロセッサによって読み出されたときに、変調された受信エコーエネルギーから、受信エコーエネルギーのN回の固有の不連続周波数変換を1/NT Hzの倍数に等しい大きさの、反射物体のレンジrの関数として行うようにさらに構成されるものとしてよく、その周波数変換は、受信エコーエネルギーのスペクトルを保存し、組合せで複合信号周波数スペクトルを形成し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】位相シーケンスを有するコヒーレントなパルスの1つまたは複数のチャネルを生成し、そのようなシーケンスを受信し、その反射を処理するための一般化されたエコー測位システムのブロック図である。
【図２】レンジ範囲のデューティサイクルおよび広がりを示す、1ゲートレーダー(one-gate radar)に対する送信時間、受信時間、およびレンジゲート範囲(range-gate coverage)の一例の図である。
【図３】レンジ範囲のデューティサイクルおよび広がりを示す、3ゲートレーダーに対する送信時間、受信時間、およびレンジゲート範囲の一例の図である。
【図４】レンジ範囲のデューティサイクルおよび広がりを示す、連続波(CW)レーダーに対する送信時間、受信時間、およびレンジゲート範囲の一例の図である。
【図５】定められた位相シーケンスを有するコヒーレントなマイクロ波パルスの1つまたは複数のチャネルを生成し、位相シーケンスを受信し、受信シーケンスの1つまたは複数のチャネルを処理するためのマイクロ波ドップラーレーダーシステムの一例のブロック図である。
【図６】定められている位相シーケンスを有するIF周波数のパルスのシーケンスを生成するための中間周波数(IF)波形シンセサイザの一例のブロック図である。
【図７】IFフィルタリング、A/D変換、デジタルIFフィルタリング、1つまたは複数のチャネルにおける複素復調、および各出力チャネルの位相の独立制御のためのマイクロ波受信機のIF部分の一例のブロック図である。
【図８】図1または図5のシステムのうちのいずれかを使用する方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】あいまいでない速度を有するターゲットに対する、スペクトル形態で提示されるレンジ応答の一例を示し、スペクトル特徴とターゲットパラメータとの間の直接的関係を示す、図8の方法によって作成され得るチャートである。
【図１０】図1または図5のシステムのうちのいずれかを使用する方法の別の例を示すフローチャートである。
【図１１】中程度にあいまいな速度を有するが、スペクトルの重なりはないターゲットに対する、スペクトル形態で提示されているレンジ応答の一例を示し、2つの位相シーケンスの使用を示し、そのうちの一方はドップラー偏移の方向を逆にし、わかりやすくするため上側曲線が反転された向きでプロットされ、中程度のドップラーあいまい性の解決を例示している、図10の方法によって作成され得るチャートである。
【図１２】図1または図5のシステムのうちのいずれかを使用する方法の別の例を示すフローチャートである。
【図１３】ひどくあいまいな速度を有するターゲットに対する、スペクトル形態で提示されるレンジ応答の一例を示し、スペクトル幅が比較的広いのでいくつかのゲートにわたる完全にあいまいな状況を示す、図12の方法によって作成され得るチャートである。
【図１４】図13における状況に対するレンジ応答の一例を示し、置換されたレンジ順序は位相シーケンスパラメータMの修正を通じて達成され、図13において完全に重なっていた4つのターゲットの反射に対するパラメータ推定を可能にする、図12の方法によって作成され得る別のチャートである。
【図１５】図14に例示されている状況に対するレンジ応答の一例を示し、図13のスペクトルからパラメータ化され得るスペクトルピークが取り除かれており(取り除いてあるのは破線で示されている)、レンジ17〜20からの4つの残りのスペクトルピークはパラメータ化の準備ができている、図12の方法によって作成され得る別のチャートである。
【図１６】図1または図5のシステムのうちのいずれかを使用する方法の別の例を示すフローチャートである。
【図１７】図13からのデータに対するレンジ応答の一例を示し、パラメータMのいくつかの値に対するスペクトルが重なっており、各スペクトルはレンジゲート18に対するスペクトル値がM=1に対してゲート18の位置で整列するようにシフトされている、図16の方法によって作成され得るチャートである。
【図１８】レンジ18に対するレンジ応答の一例を示し、各スペクトル周波数で最小の応答をピックすることによって図17に対するデータから取られ、レンジ18での信号に対する推定を他のレンジゲートによって損なわれないようにしてある、図16の方法によって作成され得る別のチャートである。
【図１９】図13からのデータから作成されるようなレンジ応答の一例を示し、各レンジゲートは図18を作成するために使用されたプロセスによって推定され、すべてのレンジ応答は完全にあいまいさをなくされている、図16の方法によって作成され得る別のチャートである。
【図２０】図1または図5のシステムのうちのいずれかを使用する方法の別の例を示すフローチャートである。
【図２１】図13のデータから作成されるようなレンジ応答の一例を示し、すべてのレンジ応答は完全にあいまいさをなくされている、図20の方法によって作成され得るチャートである。
【図２２】図17のレンジ応答の一例を示しているが、ゲート18の信号のドップラー偏移は実質的に増大しており、Mの様々な値に対する一次スペクトルにおける他のレンジゲートからの信号と大きく重なり合う比較的大きいドップラー偏移を有するパラメータ信号を回復する一例を示す、図16の方法によって作成され得る別のチャートである。
【図２３】図17のレンジ応答を示しているが、ゲート18の信号のスペクトル幅は実質的に増大しており、Mの様々な値に対する一次スペクトルにおける他のレンジゲートからの信号と大きく重なり合う比較的広い信号のパラメータを回復する一例を示す、図16の方法によって作成され得る別のチャートである。
【図２４】例示的な実施形態が実装され得る例示的なデータ処理システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
単純な、または複雑な物体のエコーレンジングを行うためのシステムおよび方法が本明細書において開示され、これにより、エコーの特性をスペクトル領域で分析し、物体の位置、エコー強度、視線速度、相対運動、および/または他の特性に関する情報を提供することができる。
【０００８】
図1は、モノスタティック、バイスタティック、および/またはマルチスタティックな動作を伴うそのようなエコーレンジングについて、100で一般的に示されている、例示的な一般化されたシステムのブロック図である。エコーレンジングシステム100は、送信機101および受信機102を備え得る。送信機101は、中間周波数(IF)シーケンスジェネレータ103、ミキサー105、搬送波発生器(または搬送波周波数発振器)106、スプリッタ107、フィルタ108、増幅器109、および信号トランスデューサ110を備え得る。受信機102は、トランスデューサ113、増幅器114、フィルタ115、ミキサー116、IFフィルタ117、変調器(たとえば、直交復調器)118、およびシグナルプロセッサ119を備え得る。この例では、送信機および受信機は、シーケンスジェネレータ103、搬送波発生器106、スプリッタ107、およびシグナルプロセッサ119を共有する。シーケンスジェネレータ103、変調器118、およびシグナルプロセッサ119は、信号処理システム120内に含まれ得る。
【０００９】
送信機101は、第1の電子デバイスとも称され得る。送信機は、共通の第1の周波数を有する複数の送信パルスを発生するものとしてよい。たとえば、送信器101は、共通の第1の周波数を有するパルスの多相符号化シーケンス(またはパルスの位相符号化シーケンス)を生成し、および/または送信し得る。そのような位相符号化シーケンスは、位相シーケンスジェネレータ103によって適切なおよび/または都合のよいIF周波数で生成され得る。IF位相シーケンス信号は、変調器118に、およびミキサー105に(たとえば、ミキサー105の入力ポートに)送信され得る。
【００１０】
ミキサー105の別の入力ポートは、スプリッタ107を介して、搬送波周波数発生器106によって入力を送り込まれ得る。ミキサー105は、IF位相信号と搬送波信号とを混合して総和信号または差信号を生成し、実際、IF送信位相信号における異なる送信位相で搬送波信号を変調し得る。しかしながら、送信されるべき信号の変調は、ベースバンド信号(たとえば、シグナルプロセッサ119からの、シグナルプロセッサ119での、および/またはシグナルプロセッサ119による)、IF信号(たとえば、シーケンスジェネレータ103からの、シーケンスジェネレータ103での、および/またはシーケンスジェネレータ103による)、および/またはRF信号(たとえば、搬送波発生器106からの、搬送波発生器106での、および/または搬送波発生器106による)を変調することによって生成され得る。
【００１１】
システム伝送周波数の、ミキサー105の出力は、フィルタ108によってフィルタリングされるものとしてよく、これにより、フィルタリングされた伝送信号を発生し得る、ミキサー105によりIF周波数と搬送波発生器周波数とを混合した結果の総和信号または差信号のいずれかを選択することができる。次いで、フィルタリングされた伝送信号は増幅器109によって増幅され、出力伝送信号を発生し得る。
【００１２】
出力伝送信号は、信号トランスデューサ110によって伝送媒体121に送信され得る。伝送媒体は、信号トランスデューサ110によって変換された送信済み信号を伝達する任意の媒体であってよい。たとえば、伝送媒体は、土壌などの固形物、水などの液体、または空気などの気体であってよい。トランスデューサ110から送信された信号は、送信済み信号を反射する1つまたは複数の物体122から反射されるものとしてよく、その物体は伝送媒体の屈折率の変動を含み得る。
【００１３】
次いで、この例では、送信機101は、共通の搬送波周波数を有する複数の送信パルスを送信することがわかる。送信パルスは、伝送媒体121における伝送に対して異なる送信位相で変調され、トランスデューサ110から送信されたパルスのうちの少なくとも1つを反射する1つまたは複数の物体122の少なくとも1つのパラメータを決定する。いくつかの実施形態において、システム100は、光周波数、無線周波数、または音声周波数を有する複数の送信パルスを生成するように構成され得る。いくつかの実施形態において、システムは、複数の送信パルスを電磁波として、または力学的な波として送信するように構成され得る。
【００１４】
受信機102は、第2の電子デバイスとも称され得る。受信機は、伝送媒体121において1つまたは複数の反射物体122の各々による複数の送信パルスの反射によって生成される反射パルスを受信し得る。たとえば、受信機102は、反射物体から反射される送信信号のエコーを受信し、および/または分析することができる。特に、エコーは、トランスデューサ113によって受信され、受信信号を発生し得る。次いで、受信信号は増幅器114によって増幅され、フィルタ115によってフィルタリングされる。受信信号は、エコーに関連付けられている信号として説明され得る。
【００１５】
エコーに関連付けられている信号(たとえば、フィルタリングされ増幅された受信信号)は、ミキサー116に送信され得る。搬送波発生器106からの信号(たとえば、第3の信号)の一部(または部分)は、スプリッタ107を介してミキサー116に送信され得る。ミキサー116は、エコーに関連付けられている信号を、スプリッタ107を介して、搬送波発生器106からの搬送波信号の一部と混合して、送信パルスに適用される送信位相を表すIF信号を生成し得る。
【００１６】
たとえば、IF送信位相信号は、IFフィルタ117によってフィルタリングされ、変調器118に送信され得る。変調器118はIF送信位相信号を処理するものとしてよく、現在の位相信号はIF位相シーケンスジェネレータ103によって現在生成され、位相変化信号を発生する。復調の符号は、送信機101および受信機102内の信号に適用される位相偏移の総和が、2つの時点においてIF位相シーケンスジェネレータ103によって生成される位相シーケンスの差を表すような符号であってよく、この一方の時点は信号が送信機101によって送信された時点であり、他方の時点は反射物体からのエコーが受信機102に返ってきた時点である。変調器118の出力信号は、復調された信号に基づき、スペクトル分析のために2値化され得る複素時系列であってよい。
【００１７】
いくつかの実施形態において、システム100は、第1の複合信号周波数スペクトルを生成する前に複数の変調された受信パルスをコヒーレント積分するように構成され得る。いくつかの実施形態において、システムは、各パルスについて非コヒーレント搬送波を送信位相を有するコヒーレント変調信号で変調することによって複数の送信パルスを生成するように構成され得る。
【００１８】
システム100は、第1の複合信号周波数スペクトルから、送信されたパルスの少なくとも1つを反射した1つまたは複数の物体122の第1の反射物体の少なくとも1つのパラメータを決定し得る。たとえば、変調器118の出力信号は、物体122の強度、物体122の視線速度、および/または複素時系列のスペクトル(たとえば、第1の複合信号周波数スペクトル)内の内部運動のパラメータを、たとえば、以下でさらに説明されている方式で指示することができるデータを含み得る。変調器118の出力信号は、シグナルプロセッサ119に送信され得る。シグナルプロセッサ119は、第1の複合信号周波数スペクトルから、少なくとも第1の反射物体の少なくとも1つのパラメータを決定し得る。
【００１９】
エコーレンジングシステム100の性能パラメータは、送信された信号のタイミングおよび位相特性によって決定され得る。送信された信号は、波または波形とも称され得る。
【００２０】
システム100は、第1の位置でトランスデューサ110から送信パルスを送信するように構成され得る。システム100は、第1の位置(モノスタティック動作モードなど)で、または第1の位置から隔てて並ぶ1つまたは複数の第2の位置(バイスタティックまたはマルチスタティック動作モードなど)で受信パルスを受信するように構成され得る。たとえば、トランスデューサ113は、第1の位置でトランスデューサ110と一体化され得るか、またはトランスデューサ110の位置から隔てて並ぶ第2の位置に配置され得る。
【００２１】
図2は、エコーレンジングシステム100のモノスタティック動作に適しているものとしてよい送信された波形の一種を示している。図2では、最大デューティサイクルが仮定され得る。図2の上のプロットは、一様なパルス幅tおよびパルス繰り返し時間Tを有する送信されたパルスのシーケンス150を示している。シーケンス150は、送信周期を定義し、図1の送信機101のトランスデューサ110から送信される信号に対応し得る。各パルスは、繰り返しパルス上で定位相φ(n)を有し得るが、位相は、定められているシーケンスに従ってパルスごとに異なり得る。たとえば、システム100によって生成される複数の送信パルス(図1を参照)は送信パルスのシーケンスを含む(またはシーケンスである)ものとしてよく、パルスのシーケンス内の各パルスは特定の位相で第1の周波数を有する。
【００２２】
図2の真ん中のプロットは、受信機102(図1参照)が送信機101からの干渉を受けることなく動作することができるときの間隔152を示している。言い換えれば、図2は、シーケンス150のパルスが送信されていないときの時間に対応する間隔152を示している。間隔152は、受信周期であり、および/または受信周期を定義してもよい。
【００２３】
図2の下のプロットは、間隔152に関連付けられている受信周期およびシーケンス150に関連付けられている送信周期の(および/またはそれらの間の)結果として得られる畳み込み154を示している。畳み込み154は、図1のシステム100のレンジ感度を例示しているものとしてよい。
【００２４】
図3は、図1のシステム100内に組み込むのに適しているものとしてよい、レンジゲートG1、G2、G3として識別される、3つの例示的なレンジゲートを使用する低デューティサイクルの送信機に対するパルスシーケンスを示している。各レンジゲートは、同じ位相シーケンスを使用することができ、また独立して処理され得る。
【００２５】
図3の上のプロットは、一様なパルス幅tおよびパルス繰り返し時間Tを有する送信されたパルスのシーケンス160を示している。シーケンス160は、図1の送信機101から(たとえば、トランスデューサ110から)の送信された信号に対応し得る。シーケンス160内の各パルスが送信される期間は、送信周期と考えられ得る。各パルスは、繰り返しパルス上で定位相φ(n)を有し得るが、位相は、定められているシーケンスに従ってパルスごとに異なり得る。
【００２６】
図3の真ん中のプロットは、受信機102(図1参照)が送信機101からの干渉を受けることなく動作することができるときの間隔162を示している。たとえば、図2は、シーケンス160のパルスが送信されていないときの時間に対応する間隔162を示し、受信周期を表す。間隔162のうちの各間隔は、レンジゲートG1、G2、またはG3の繰り返しに対応するものとしてよい。たとえば、各レンジゲートは、トランスデューサ110および113の組合せから物体までの距離の範囲に対応し得る(図1参照)。第1のレンジは、第2および第3のレンジに比べてトランスデューサに近いものとしてよく、第2のレンジは、第3のレンジに比べてトランスデューサ113に近いものとしてよい。
【００２７】
図3の下のプロットは、間隔162に関連付けられている受信周期とシーケンス160に関連付けられている送信周期との間の結果として得られる畳み込み164を示している。畳み込み164は、図1のシステム100のレンジ感度を例示しているものとしてよい。
【００２８】
したがって、システム100(および/またはシステム500-図5参照)は、各送信パルスの持続時間を複数にした送信パルス間の持続時間を有する隔てて並ぶ間隔で送信パルスを生成するように構成され得ることがわかる。システム100および/または500のいずれかは、送信パルスの持続時間に対応する持続時間を各々有する複数のゲートに対する連続する送信パルスの間に受信パルスを受信するように構成され得る。
【００２９】
図4は、図1のシステム100に組み込むのに適しているものとしてよいバイスタティックまたはマルチスタティック構成に対するパルスシーケンスを示している。図4の上のプロットは、一様なパルス幅tおよびパルス繰り返し時間Tを有する送信されたパルスのシーケンス170を示している。シーケンス170は、送信の周期で発生するものとしてよく、図1の送信機101から(たとえば、トランスデューサ110から)の送信された信号に対応し得る。各パルスは、繰り返しパルス上で定位相φ(n)を有し得るが、位相は、定められているシーケンスに従ってパルスごとに異なり得る。シーケンス170の送信された(または送信機)パルスは、各間隔tで別々の定位相を有し連続的であるものとしてよい。あるものとしてよい。図4に示されている例では、間隔tは、パルス繰り返し時間Tに等しい。
【００３０】
図4の真ん中のプロットは、シーケンス170の伝送の周期に対応する事前定義済み受信周期に対して受信され得る間隔172を示している。図4の下のプロットは、間隔172に関連付けられている受信周期とシーケンス170に関連付けられているパルス伝送周期との間の結果として得られる畳み込み174を示している。畳み込み174は、図1のシステム100のレンジ感度を例示しているものとしてよい。
【００３１】
いくつかの実施形態において、送信パルスを送信する送信機(たとえば、トランスデューサ110)からの意図された反射物体の近似距離が知られ得る。システムは、送信パルスが意図された反射物体まで進行し、反射された送信パルスが意図された反射物体から電子受信機デバイスまで進行する期間よりも短い第1の期間について複数の送信パルスを連続的に生成し、第1の期間の後、少なくとも第1の期間と同じくらいの長さの第2の期間について受信パルスを受信するように構成され得る。いくつかの実施形態において、システムは、第1の期間に受信されたどの受信パルスも無視するように構成され得る。
【００３２】
図2〜図4において、送信機パルスは、矩形であるように示されている。しかしながら、他の実施形態では、送信機パルスは、矩形でなくてもよい。たとえば、送信機パルスは、必要な信号帯域幅を低減し得る他の形状を有することができる。
【００３３】
システム100(図1参照)内の複数の送信パルスの生成は、システム100が二次式に従って連続する送信機パルスの位相を設定することを含み得る。たとえば、位相シーケンス(たとえば、送信機101によって生成されたパルスの位相符号化シーケンス)は、式(1)の二次数列などの、一般的に二次数列を含むものとしてよく、nは送信されたパルスの順次インデックスである。
式(1)    φ(n)=M(an2+bn+c)
この一般的な二次数列は、送信された信号と受信された信号(または波形)の両方に適用されるものとしてよく、nは、送信されたパルスの順次インデックス(またはシーケンス番号)であってよく、Mは、Nとの余因子を有しない整数であり、基本的なケースではM=1であってよく、係数a、b、cは、ラジアン、度、または他の角度単位などの位相の単位であり、区間[0,2π]内にあってよく、この区間を越えると、位相1回転を法として考えたときに数列φ(n)は「折り返す」。φは、ラジアンを単位とする位相であってよく、nは、持続時間tの対応するパルスのシーケンス番号を表し、1からNまでの間の整数であってよく、Nはパルスの繰り返しシーケンス内のパルスの数に等しい整数であってよい。
【００３４】
受信システムミキサー(たとえば、ミキサー116)が、所定の時間間隔nで複素時系列の位相がIF位相シーケンスジェネレータ103の位相からIFフィルタ117から出力された受信された(または受信)信号の位相を引いたものとなるように構成されている場合、レンジ遅延rでエコーに適用される正味位相変調、および位相シーケンスの繰り返し適用だけによる、Tの単位に関して表される時間n+rは、式(2)で決定され得る。
式(2)    φif(n)=φ(n+r)-φ(n)
式(2)の右辺の第1の項(すなわち、φ(n+r))は、エコーが受信されたときに時刻n+rにおいて局部発振器位相(たとえば、この例のIF位相シーケンスジェネレータ103の)を表すものとしてよい。式(2)の右辺の第2の項(すなわち、φ(n))は、時刻nにパルスが(たとえば、信号トランスデューサ110から)送信されたときの送信機位相を表すものとしてよい。位相のこのシーケンスは、Nが素数であり、a=π/Nラジアンであるとしたときに、[1,N]内のMの異なる値に対して異なり、一意的である。この差は、式(1)を使用して展開され、その結果式(3)が得られるものとしてよい。シーケンス内の他の位相は、位相差を決定するために使用されるものとしてよく、その1つまたは複数の位相は送信および受信位相の一方または両方からオフセットされることが理解されるであろう。
式(3)    φif(n)=2Manr+nとともに変化しない項
【００３５】
nとともに変化しない項は、時間で変化しない位相偏移を発生するものとしてよく、無視できる。レンジrからのエコー信号は、nからn+1までのn増分として、時間間隔T当たり量2Marだけ増大する位相偏移を示すものとしてよく、これは式(4)で説明されているレンジrで周波数偏移Fと同等であるものとしてよい。
式(4)    F(r)=2Mar/T Hz
周波数偏移F(r)は、法1/T Hzで解釈され得る。したがって、時間幅Tの各レンジ間隔からのエコーは、線形に、かつ離散的に、直交変調器118から出力される複素時系列のスペクトルにおけるそれぞれの周波数間隔に変換され得る。
【００３６】
複素時系列のサンプリング間隔はT秒なので、スペクトルのあいまいでない周波数レンジは、1/T Hzに制限されるものとしてよく、スペクトル偏移Fは、法1/T Hzで解釈され得る。周波数偏移は、M=1に対してゲート数rとともに直線的に増大するので、rの最大値は、rの値について解くことによって決定されるものとしてよく、これは2πラジアンの間隔Tあたりの位相偏移を発生する。M=1の場合、rの値について解くと、これは、送信機および受信機が反射物体またはターゲットから同じ距離にある場合について式(5)で示されているように、サンプル時間Tあたりの2πラジアンに相当する、1/T Hzに等しい周波数偏移を発生し得る。
式(5)    2armax=2πラジアン、
式(6)    rmax=π/a
Nをパルスの繰り返しシーケンスの長さとして使用すると、
式(7)    rmax=N、およびa=π/N
である。
【００３７】
次いで最大レンジに対応するラウンドトリップ時間遅延は、NTであり、これを超えると、エコーはスペクトル内のより低いレンジに畳まれるものとしてよく、レンジゲートの数はNであってよい。整数Mの値が高いほど、最大のあいまいでないレンジを変更し得ないが、周波数スペクトル内のレンジの順序を単純に変更することができる。
【００３８】
物体エコーは、式(4)で表される、位相シーケンスによる周波数偏移を有し得るだけでなく、物体エコーは、トランスデューサ(たとえば、トランスデューサ110、113)またはアンテナ(たとえば、アンテナ508-図5参照)に関する物体運動によるドップラー周波数偏移、さらには物体の内部運動による周波数拡散も有し得る。係数aの値がπ/Nラジアンに設定されたとすると、各レンジ間隔rからのリターンは、各レンジ間隔rからのリターンのドップラー周波数偏移が、法1/T Hzで解釈される、周波数Fを中心とする、dFに等しい幅を有するスペクトル窓内に入る場合にあいまいでないとしてよく、dFは式(8)によって決定される。
式(8)    dF=2a/T Hz、およびF=2Mar/T Hz
【００３９】
このようにして、aの値は、所望の最大レンジ間隔を設定するために選択されるものとしてよく、こうしてあいまいでない速度の定義されたレンジが確定され得る。
【００４０】
以下で説明され、図に例示されているように、この厳密なあいまいでない速度間隔の違反が付随し得る。物体レンジ、ドップラー偏移、およびスペクトル幅の変換は、線形変換であり、したがって、物体スペクトルのすべての特徴は、変換された周波数スペクトルで忠実に表され得る。物体エコーが非常に幅広であるか、または物体エコーの厳密にあいまいでない位置からかなりずらされるが、物体エコーは、他のレンジからのエコーのスペクトルに重ならない場合に、物体パラメータは、スペクトルから直接推定され得る。しかし、物体エコーが他の物体スペクトルによって部分的にまたは完全に重ね合わされる場合、それでも物体エコーのパラメータを復元することが可能であり得る。これは、パラメータMがスペクトル順序を変えることができるため可能である。
【００４１】
位相偏移を増加させる式(1)の中の整数パラメータMは、各送信され、受信されたパルスに適用され得る。たとえば、M=-1である場合、送信されたパルスおよび受信されたパルスに適用される位相偏移は、負にされ、スペクトル内のレンジの順序は、逆にされるものとしてよい(たとえば、法1/T Hzに関するスペクトルは、ゼロと+1/T Hzとの間にあると考えてよく、レンジは周波数内で逆順になる)。たとえば、物体エコースペクトルを有する連続するレンジゲートが多数あり、その各々が上の式(8)で示唆されている限度よりも大きいドップラー偏移を有しているが、スペクトルは、著しくまたは実質的に重ね合わされていない場合、単一データセット(たとえば、変調器118によって生成される単一の複素時系列)からのスペクトルピークに対応する正確に真であるレンジを解決することは不可能であるか、または困難であり得る。しかしながら、M=-1である別のデータセットを取得することによって、位相シーケンスによるドップラー偏移と周波数偏移との間の関係式の符号は逆転され、これにより、各スペクトル特徴に対する真のレンジを解決する特別な自由度をもたらし得る。
【００４２】
さらに、Nとの公約数を有しないMのより高い整数値は、周波数対レンジ関係を完全に順序変更し得る。たとえば、Mのそのようなより高い整数値は、連続的に隔てて並び、幅広であり、重なり合うスペクトル特徴を、互いからスペクトルの他の領域へのこれらの特徴を離すことによって分離することができる。分離されていない場合、これらの特徴は、他の何らかの仕方で、互いに重なり合い、正確に解決することが不可能であるか、または困難であり得る。たとえば、M=7とした場合、スペクトルにおける各レンジゲートは、最高周波数1/T Hzを法とする、それぞれのレンジゲートの隣接するエコーからの公称レンジ間隔の7倍の周波数に置かれ得る。したがって、混雑した広い特徴のグループは、各レンジゲートに対して公称的に許容されるスペクトル窓の値の7倍だけ分離され得る。周波数対レンジの関係は、Nとの公約数を有しないMの整数値で完全に順序変更され得るので、Nが素数であることは有利であり得る。
【００４３】
周波数対レンジ関係のそのような順序変更の結果として、高密度の、非常に広い、および/または高度にドップラー偏移したスペクトル特徴を有する状況であっても、レンジ、ドップラー偏移、スペクトル幅、および/または他のスペクトル特徴の真の値を復元することが可能であり得る。いくつかの実施形態において、レンジゲートのうちわずかしか、高密度のスペクトル特徴、比較的広いスペクトル特徴、および/または高度にドップラー偏移したスペクトル特徴の影響を受けない場合に、レンジ、ドップラー偏移、スペクトル幅、および/または他のスペクトル特徴の真の値を復元することが可能であり得る。
【００４４】
式(1)におけるタイプの直交位相シーケンスは、整合フィルタパルス圧縮レーダーにおいて使用されることが多く、シーケンスの直交性を利用するために、パルスシーケンスは常にN個のパルスのグループで処理されることが理解されるであろう。しかしながら、本開示のシステムおよび方法は、データのレンジ順序を並べ替える以外に、パルスシーケンスの直交性を使用し得ないが、むしろ、Nの倍数に制限されない、任意の長さの拡張データセットによって生成されるスペクトルでデータを処理し得る。データ、生成されるスペクトル、および/またはデータセットは、スペクトル分解能およびスペクトルのダイナミックレンジを改善するために窓を設けられ得る。
【００４５】
この技術の一例については、好ましいマイクロ波実装の以下の説明を参照されたい。
【００４６】
図5は、500で一般的に示されている、エコーレンジングマイクロ波ドップラーレーダーシステムまたはトランシーバの一実施形態のブロック図である。気象レーダーでは、レーダーのレガシーな使用から受け継いで、反射物体をターゲットと称するのが普通である。したがって、以下の説明では、ターゲットという用語は、反射物体と同義とみなされる。
【００４７】
レーダーシステム500の送信機部分は、IF波形発生器501、RF局部発振器502、ミキサー503、RFフィルタ504、無線周波数(RF)増幅器505、サーキュレータ506、指向性カプラ507、およびアンテナ508の形態のトランスデューサを備え得る。レーダーシステム500の受信機経路は、アンテナ508、カプラ507、サーキュレータ506、低雑音増幅器(LNA)509、ミキサー510、1つまたは複数のIFデジタル受信機511、およびデジタルシグナルプロセッサ512を備え得る。レーダーシステム500の送信機サンプルチャネルは、指向性カプラ507、ミキサー513、およびIFデジタル受信機514を備え得る。
【００４８】
二偏波レーダーシステムの一実施形態において、レーダーシステム500の全部または一部は、第2の偏波チャネルを提供するように二重化され得る。
【００４９】
レーダーシステム500は、送信および受信用に単一のアンテナを使用するトランシーバであってよい。レーダーシステム500は、RF局部発振器502によって生成されるRF信号を共有する送信機および受信機を備えるものとしてよい。いくつかの例では、送信および受信アンテナを別々にして使用することができる。いくつかの例では、送信機および受信機を別々にして使用することができる。別々の送信機および受信機は、同じ場所に、または別のもしくは離れた場所に位置決めされ得る。
【００５０】
システム500の伝送部分は、第1の電子デバイスとも称され、1つまたは複数の反射ターゲット520の少なくとも1つのパラメータを決定するために伝送媒体518における伝送のために異なる送信位相で変調される共通の第1の周波数を有する複数の送信パルス516を生成するように構成され得る。ターゲット520は、伝送媒体518内にあってよく、気象レーダーの場合には、大気である。ターゲット520は、送信されたパルスシーケンス516のうちの少なくとも1つを反射し得る。たとえば、システムの伝送部分は、IF波形発生器501を備え得る。IF波形発生器501は、1つまたは複数のIF周波数で、一定のパルス繰り返し周波数(PRF)およびパルス幅を有するパルス状波形を発生し得る。以下でさらに説明される、波形発生器501は、波形の位相を変調し得る。たとえば、波形発生器501は、式(1)において定義されている直交位相シーケンスおよび/または異なる搬送波上で使用される整数定数Mの個別の値に従って、各IF周波数において独立して、パルスごとにRF局部発振器502によって出力されるRF波形の位相を変調することができる。そのような変調は、システム500が1つまたは複数のターゲットの公称のあいまいでないレンジおよび公称のあいまいでないドップラー偏移を決定することを可能にし得る。
【００５１】
発生器501によって生成されるパルス状波形(またはIFパルス)は、ミキサー503に送られるものとしてよい。IFパルスは、RF局部発振器502によって生成される無線周波数(RF)信号とミキサー503の中で組み合わされて、マイクロ波周波数送信または駆動信号を生成することができる。マイクロ波周波数駆動信号は、レーダー増幅器505に送られる前にフィルタ504によってフィルタリングされ得る。増幅器505は、駆動信号を増幅し、駆動信号をサーキュレータ506に送るものとしてよい。次いで、サーキュレータ506は、駆動信号をカプラ507に送るものとしてよい。カプラ507は、駆動信号をレーダーアンテナ508に送るものとしてよい。次いで、レーダーアンテナ508は、駆動信号に対応する送信パルスのシーケンスを送信する。
【００５２】
指向性カプラ507上のサンプルポートは、出力パルスのサンプル(たとえば、駆動信号に対応する送信パルス516)が、局部発振器502によって生成されるRF信号とともに、ミキサー513に送られることを可能にし得る。ミキサー513は、カプラ507からの駆動信号および発振器502からのRF信号から混合されたIFサンプル信号を生成することができる。混合されたIFサンプル信号は、ミキサー513から出力され得る。混合されたIFサンプル信号は、IFデジタル受信機514に入力され、それにより、プリディストーション補正の実装をオプションで行うことを可能にし得る。プリディストーション補正は、IFデジタル受信機514から波形発生器501に送られ、RF増幅器505の直線性を改善するIF波形を発生することができる。
【００５３】
複数のRF搬送波が、レーダーシステム500によって生成されるときに、RF増幅器505内の相互変調歪みによる望ましくない搬送波が発生し得る。これは、波形発生器501、ミキサー503、フィルタ504、および増幅器505の複数の(並列の)セット(図5に示されているRF波形発生器524と総称される)を使用し、破線で示されている、高直線性受動合成器526内の複数の増幅器ユニットの出力を総和することによって回避され得る。次いで、合成器526の出力は、サーキュレータ506に進み得る。そのようなアプローチは、高効率飽和増幅器505の使用を可能にするものとしてよいが、これは、図5のアーキテクチャで他の形で使用された場合に、重大なもしくは過剰な相互変調歪みを引き起こし、複数の搬送波出力上に望ましくない余分な側波帯を生み出し、それにより、受信された信号のスペクトル内に潜在的なスプリアス信号を発生させ得る。
【００５４】
システム500の受信機部分は、第2の電子デバイスとも称され、1つまたは複数のターゲット520の各々による複数の送信パルス516の反射によって生成される反射されたパルス522を受信するように構成され得る。レーダーアンテナ508は、1つまたは複数のターゲット520のうちの各々による送信パルス516の反射によって生成される1つまたは複数の受信パルス522を受信し得る。システム500の受信機部分は、カプラ507、サーキュレータ506、LNA509、ミキサー510、局部発振器502、および/またはIFデジタル受信機511をさらに備え得る。アンテナ508によって受信された受信パルス522(または信号)は、指向性カプラ507を通過し、サーキュレータ506に送られ、そこで、受信パルスはLNA509に渡されるものとしてよい。LNA509は、増幅された受信パルスをミキサー510に送ることができる。局部発振器502によって生成されたRF信号も、ミキサー510に送られるものとしてよく、これは、受信パルスをRF搬送波信号と混合して、受信されたパルスの位相を表すIF信号を形成し得る。IF信号は、IFデジタル受信機511に入力され得る。
【００５５】
以下でさらに説明されている、IFデジタル受信機511は、反射された信号の1つまたは複数のIFチャネルを受信し、2値化するものとしてよい。IFデジタル受信機511は、各チャネルをフィルタリングして、信号帯域幅を確定し得る。IFデジタル受信機511は、式(1)において定義されている直交シーケンスに従って、独立して各チャネル内の各IFパルスの位相を変調し得る。IFデジタル受信機511は、IF信号を複素ベースバンドレベル(または時系列)にさらに復調し得る。IFデジタル受信機511は、複素ベースバンド時系列をデジタルシグナルプロセッサ512に出力し得る。
【００５６】
デジタルシグナルプロセッサ512は、変調された受信パルスのシーケンスから、送信位相と各受信パルス522の受信位相との関係を表す第1の複合信号周波数スペクトルを生成するように構成され得る。たとえば、デジタルシグナルプロセッサは、第1の複合信号周波数スペクトルから、送信されたパルスを反射したターゲットの少なくとも1つのパラメータを決定するように構成され得る。たとえば、シグナルプロセッサ512は、以下で説明されているような1つまたは複数の数学演算を行って、複素ベースバンド時系列からレンジ、強度、速度、および/または他のスペクトル特性などのターゲットの1つまたは複数の特性を導出することができる。次いで、これらのレーダー製品は、操作者による使用のためのグラフィカルユーザインターフェースおよび/またはデータベースなどに出力され得る。デジタルシグナルプロセッサ512は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、ソフトウェア、または他の適切な形態で実装されてよい。
【００５７】
図6は、IF波形発生器501の例示的な実施形態を示している。IF波形発生器501は、波形シンセサイザ601、プリディストーション計算ユニット602、直交デジタル/アナログ(D/A)コンバータ603、単側波帯(SSB)直交アップコンバータミキサー604、直交IF局部発振器605、およびIFフィルタ606を備え得る。
【００５８】
波形シンセサイザ601は、IFデジタル受信機514から受信されたタイミングおよび制御信号によって制御され得る(図5参照)。IFデジタル受信機514から受信された制御信号は、PRF、パルス幅、および/または搬送波周波数などの1つまたは複数のパルスパラメータを確定することができる。波形シンセサイザ601は、オプションのプリディストーション計算ユニット602から制御信号を受信し得る。プリディストーション計算ユニット602は、IFデジタル受信機514から受信された送信サンプルならびに同相および直交(I/Q)データに応答し、波形シンセサイザ601によって生成された合成I/Q波形の変化を表す制御信号を発生し得る。次いで、波形シンセサイザは、これらの制御信号に応答し、プリディストーション補正を行ってRF増幅器505の直線性を改善することができる(図5参照)。波形シンセサイザは、典型的には記憶されているか、または生成されたデジタル波形の直接的デジタル変換によって、選択された周波数で搬送波信号を生成することができ、搬送波信号を直交形態でD/Aコンバータ603に送ることができる。
【００５９】
次いで、D/Aコンバータ603からのアナログ出力は、アナログ信号をIF周波数にアップコンバートするためにSSBミキサー604に入力され得る。SSBミキサー604への他の入力は、直交局部IF発振器605によって供給されるものとしてよく、それにより、単側波帯出力は、アップコンバータSSBミキサー604から生成され得る。次いで、SSBミキサー604からのSSB出力は、IFフィルタ606によってフィルタリングされ、ミキサー503によるRFへのアップコンバートが行われ得る(図5参照)。
【００６０】
デジタルプリディストーションが、レーダー電力増幅器505を直線化するために使用される場合、IFデジタル受信機514によって複素ベースバンド時系列に変換された、増幅器505の出力のサンプルは、プリディストーション計算ユニット602に渡されるものとしてよい。ユニット602の出力は、波形シンセサイザ601によって生成された波形に合わせた調整の形態で波形シンセサイザ601に渡されるものとしてよい。
【００６１】
図7は、700で一般的に示されている、IFデジタル受信機の例示的な実施形態を示している。IFデジタル受信機700は、IFデジタル受信機509または511のいずれかの一例であってよい。IFデジタル受信機700は、IFフィルタ701、高速A/Dコンバータ702、1つまたは複数のデジタルIFフィルタ703、複素デシメーション素子704、およびチャネルごとの位相制御モジュール705を備え得る。
【００６２】
ミキサー510または513(図5参照)からのアナログIF信号は、IFフィルタ701によってフィルタリングされ、高速A/Dコンバータ702によってデジタル形式に変換され得る。コンバータ702からのコンバータデジタル出力は、フィルタ703-1、703-2、および703-kなどの1つまたは複数のデジタルIFフィルタ703に並列に受け渡され、示されているチャネル1、2、およびkなどの各RFチャネルに対するレーダーシステム500(図5参照)の最終的なRF帯域幅を確定することができるが、ただし、kは使用されるチャネルの数に対応する整数であり得る。デジタルフィル703は、ハードウェア、ファームウェア、および/またはソフトウェアで実装され得る。
【００６３】
各IFチャネルは、IF波形発生器501から入力位相制御信号を受信し得る(図5参照)。位相制御信号は、位相制御モジュールまたは他のシステムコントローラによって生成されたデータに少なくとも一部は基づくものとしてよい。
【００６４】
各デジタルIFフィルタ703の出力は、複素デシメーション素子704に接続され得る。複素デシメーション素子704は、ハードウェア、ファームウェア、および/またはソフトウェアで実装され得る。各チャネルにおける受信された信号の位相は、位相制御モジュール705に供給されるデータを使用して、以下で説明される直交位相シーケンスに従って、独立して調整され得る。この機能は、それぞれのデジタルIFフィルタ、それぞれの複素デシメーション素子、または別の位相調整ユニットによって実行され得る。
【００６５】
複素デシメーション素子(またはステージ)704において、各チャネルにおけるデジタルシーケンスはデシメートされ、デジタルシグナルプロセッサ512への伝送のために複素ベースバンド出力を生成し得る(図5参照)。
【００６６】
デジタルシグナルプロセッサ512は、数学用語で定義されファームウェアまたはソフトウェアで実装されたアルゴリズムを用いた、FPGAまたは標準的な高速コンピューティングハードウェアを備えるデジタル処理システムなどの、任意の適切なデジタル処理システムで実装され得る。
【００６７】
マイクロ波信号の生成、および/またはそれらの信号の受信は、高い標準で構築されたレーダーシステムに典型的な低位相雑音、広いダイナミックレンジ、および低相互変調歪みなどの、望ましい信号品質を達成することによって円滑にされ得る。
【００６８】
動作時に、システム100または500は、位相が式(1)の形態の直交シーケンスで変調され、係数Mおよびaが動作パラメータに特有のものである、一定PRF RFパルスの1つまたは複数のチャネルを生成し、公称のあいまいでないレンジおよび速度間隔を式(6)〜(8)に従って生成することができる。データの複数のチャネルが、時間的に順次、複数のRF搬送波上で、および/または直交偏波で取得され得る。
【００６９】
レーダーターゲットからのエコーは、同じ(または別の)アンテナ上で受信され得る。エコーは、各対応する送信機チャネルを変調するために使用されるものと同一の直交位相シーケンスによって(場合によっては時間をずらされるが)実質的に変調され、それにより、フーリエ変換(または別の好適な方法)によって変換され得る複素サンプルの時系列を各チャネルについて生成し、各チャネルに対する複合信号周波数スペクトルを生成し得る。受信後の位相変調の方向は、式(2)に示されているように、与えられた受信機サンプルが受ける全位相偏移が受信時に受信されたパルスの位相を表す信号に適用される位相変調と伝送時に送信機パルスに適用される位相変調との間の差に等しくなるような方向であり得る。
【００７０】
関わる特定の直交位相シーケンスの特性により、各チャネルについてそのように生成された周波数スペクトルは、すべてのターゲットの真のRFスペクトルを複製し得る。各ターゲット信号スペクトルは、そのそれぞれの振幅によって加重され得る。各ターゲットスペクトルは、それぞれのドップラー偏移によって偏移するものとしてよく、式(4)によって示されているように、レンジゲートごとに特定の(または所定の)周波数だけ周波数をさらに偏移させ得る。この方式で、周波数軸を横軸に、強度を縦軸にとってプロットした場合、水平軸はレンジを表し、個別のスペクトルは各レンジゲートでプロットされ、スペクトルはそのレンジに存在するいかなるドップラー偏移によっても公称的な位置から偏移する。
【００７１】
以下では、引き続き、ターゲットが分散している気象レーダーの場合を使用して、本明細書でその好ましい実装において説明されている装置、システム、および方法の使用例を示すが、本明細書で説明されている装置、システム、および方法は、他のタイプのレーダーまたはターゲット、コヒーレント波またはコヒーレント変調とともに非コヒーレント波を使用するかどうかに関係しない他のタイプの電磁的もしくは非電磁的エコーレンジング、およびバイスタティックおよびマルチスタティック構成の様々な組合せに対する応用を有し得ることが理解されるであろう。
【００７２】
以下では、様々な状況についてドップラー周波数偏移および/またはドップラースペクトルによって特徴付けられる物体エコーを検出し、および/またはパラメータ化するための様々な方法を説明している。これらの方法のうちの1つまたは複数は、レンジフォールデッド(range-folded)レーダーデータに対する1つまたは複数の周波数領域処理代替的手段であり得る(または含まれ得る)。これらの方法は、上で説明されている装置(たとえば、システム100および/または500)および/またはプロセス(たとえば、第1の複合信号周波数スペクトルを生成する)のうちの1つまたは複数によって使用可能にされ得る。図8、図10、図12、図16、および図20は、これらの方法の例を示すフローチャートであり、ソフトウェアおよび/またはファームウェア設計に対応するものとしてよい。図9、図11、図13〜図15、図17〜図19、および図21〜図23は、これらの方法の様々なステップの代表例を示すチャートである。
【００７３】
以下の説明において、スペクトルを形成する動作は、定数Nの値に関係なく、測定に適切なように選択されたデータシーケンス長とともに、スペクトルのダイナミックレンジおよび分解能を高めるように適当な窓を設けられた、ベースバンドI/Qデータシーケンスのフーリエ変換の平方絶対値を取ることによってパワースペクトルを形成することを含む、当業者に知られている任意の好適な方法によって遂行され得る。
【００７４】
以下の説明において、スペクトルパラメータを決定する動作は、エコーレンジ、エコー強度、エコードップラー偏移、エコースペクトル幅、および/または有用であり得る任意の他のエコースペクトルパラメータに関してスペクトルピークを特徴付けることを参照するものとしてよい。このスペクトル推定手順は、各レンジゲートに対するスペクトルを特徴付けるために、他にもあるがとりわけ、次の例示的なデータセット(A)〜(D)のうちの1つまたは複数を使用することができる。
(A)1つのレンジゲートの周りの領域に制限された、スペクトル全体の窓付き部分。スペクトルのそのような一部は、1つのピーク、重ね合わされたクラッターピークを有するピーク、2つのブレンドされたピーク、および/またはさらに多くの複雑な特徴を含み得る。パワースペクトルピークからのパラメータ抽出は、直接的モーメント推定、最小二乗および非線形最小二乗によるガウスまたは放物曲線へのスペクトル特徴の当てはめ、および他の多くのアプローチによって達成され得る。
(B)スペクトルのその部分の自己共分散関数に等しい、パワースペクトルのそのような窓付き部分の逆フーリエ変換。多くのアプローチが、パルスペアアルゴリズムおよび様々なタイプの多極スペクトル推定量を含む、自己共分散関数からのスペクトルをパラメータ化するために使用され得る。
(C)各レンジゲートについて、完全時系列の複素フーリエ変換の窓付き部分の逆フーリエ変換。好適な窓は、1つの特定のゲートを含む時系列の複素スペクトルの領域を定義するものとしてよく、その逆フーリエ変換は、時間分解能Tで、時系列に等しく、そのような時系列から問題のゲートでのスペクトル特徴をパラメータ化する多様なアプローチの使用を可能にし得る。
(D)図18に例示されているような、最低スペクトルの窓付き部分。これは、孤立したピークが処理されるのと同じ方法で処理されるものとしてよく、その際に、最小化関数によって引き起こされる信号強度の減少を考慮する。
【００７５】
800で一般的に示されている、例示的な方法(またはアルゴリズム)は、図8に示されている。方法800は、物体エコースペクトル幅が式(8)の中のdFよりも小さく、エコードップラー偏移の絶対値がdF/2よりも小さいものとしてよい第1の例示的な状況において採用され得る。この第1の例示的な状況において、真のレンジは、あいまいではあり得ない(たとえば、あいまいでないものとしてよい)。しかしながら、いくつかの実施形態では、方法800は、他の状況において採用され得る。
【００７６】
方法800は、1つまたは複数の取得パラメータを設定するステップ802を含み得る。たとえば、ステップ802は、送信されるべきパルスのシーケンスのPRFを設定するステップ、それらのパルスの最大レンジを設定するステップ(たとえば、NおよびTの一方または両方を設定するステップ)、それらのパルスのうちの1つまたは複数に含まれ得る1つまたは複数のゲートのゲート幅を設定するステップ、および/またはMを第1の整数値に設定するステップを含み得る。たとえば、ステップ802において、システム500は、Mを+1に等しくなるように設定し得る(または設定するために使用され得る)。
【００７７】
方法800は、データセットを取得し、スペクトルを形成するステップ804を含み得る。たとえば、ステップ804において、システム500の第1の電子デバイスは、異なる送信位相で変調された共通の第1の周波数を有する複数の送信パルスを生成し得る。システム500の第2の電子デバイスは、1つまたは複数のターゲット520による複数の送信波の反射によって生成される反射パルスを受信し得る。第2の電子デバイスは、現在生成されている送信パルスの位相に対応する受信位相で受信された反射パルスの位相を表す受信信号を位相変調し得る。受信機は、変調された受信信号から、第1の複合信号周波数スペクトルを生成するものとしてよく、その一例は図9において900で一般的に示されている。スペクトル900は、送信位相と各受信パルスシーケンスの受信位相との関係を表し得る。スペクトル900は、スペクトル形態で与えられるターゲット520のレンジ応答として記述され得る。
【００７８】
方法800は、形成されたスペクトルから、第1のターゲット520の少なくとも1つのパラメータを決定するステップ806を含み得る。たとえば、スペクトル900は、23個のレンジゲート(M=1、N=23)の例示的な構成に対するレンジ応答であってよく、ターゲットはそれらのレンジゲートのすべて23個にあり、それらのターゲットのドップラー偏移は式(8)による。図9の水平軸に沿ってあるチェックマークは、各レンジゲートについて、ゼロのドップラー偏移におけるエコーの公称位置を示している。真のターゲットレンジ、ドップラー偏移、エコー強度、エコースペクトル幅、および他のスペクトル詳細は、図9の注釈に示されているように、スペクトルからあいまいなく測定され得る。たとえば、システム500は、少なくとも第1の周波数の極大値M1および第1のスペクトル幅W1で、セグメント902などの、少なくとも第1のレンジスペクトルセグメントを識別し得る。セグメント902の第1の周波数の極大値は、セグメント902のエコー強度と対応し(または表し)得る。システムは(次いで)セグメント902からレンジR1、システムの受信機デバイス(たとえば、アンテナ508)に関する速度、およびレンジ間隔上のターゲットのスペクトル幅を決定し得る。たとえば、ステップ806で、システムは、受信されたエコーの周波数が受信機デバイスからターゲットまでのレンジ(または距離)を近似的に表すことを決定し得る。たとえば、システムは、セグメント902内で最大エコー強度M1を有するエコーが、レンジゲート3に対応するレンジR1にあると決定し得る。システムは、セグメント902のドップラー偏移D1からレンジR1でのターゲットの速度(送信機および受信機デバイスに関する)を決定し得る。
【００７９】
いくつかの実施形態において、ステップ806で、システムは、各レンジゲートなどの、複数のレンジゲートで1つまたは複数のスペクトルパラメータを決定し得る。たとえば、システムは、スペクトル900においてレンジゲート1〜23の各々に対するレンジスペクトルセグメントを識別するものとしてよい。システムは、これらのセグメントの各々に対する極大およびスペクトル幅を識別し得る。各セグメントから、システムは、ターゲットのレンジ(たとえば、関連付けられているエコーがセグメント内に存在する場合)、ターゲットエコーの強度、システムの受信機デバイスに関するターゲットの速度、およびセグメントに対応するレンジ間隔に対するターゲットからのエコーのスペクトル幅を決定するものとしてよい。
【００８０】
方法800は、エコー条件が満たされているかどうかを決定するステップ808を含み得る。たとえば、ステップ808で、システムは、ステップ806で識別された(および/またはパラメータ化された)ターゲットエコーが式(8)においてdFよりも小さいそれぞれのスペクトル幅、およびdF/2よりも小さいエコードップラー偏移のそれぞれの絶対値を有するかどうかを決定し得る。システムが、エコー条件が満たされていると決定した場合、方法800はステップ804に戻り、方法800は、その後繰り返され、ターゲットを追跡することができる。しかしながら、システムがステップ808でエコー条件が満たされていないと決定した場合、スペクトル900におけるターゲットエコーの周波数は、真のレンジを表し得ない(たとえば、セグメントの1つまたは複数は、スペクトル内に折り返され、セグメントが実際には関連付けられていないレンジゲートと関連付けられているように見え得る)。したがって、ステップ808で、エコー条件が満たされていないと決定された場合、方法800はステップ802に戻り、システムは、取得パラメータをリセットするか、もしくは修正する(またはそのために使用される)ものとしてよく、方法800は、その後繰り返され得る。
【００８１】
上の説明に照らして、図8および図9ならびに本開示の他の部分を参照すると、システムおよび/またはコンピュータプログラム製品は、1つまたは複数の反射物体からの波エネルギーの反射を使用し、それら(たとえば、1つまたは複数の反射物体)からの反射のスペクトル特性を通じてこれらの物体(たとえば、1つまたは複数の反射物体)のいくつかの特性を特徴付ける方法を提供するものとしてよいことが理解されるであろう。方法は、T秒のパルス間間隔で幅t秒のN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを伝送のために生成するステップを含むものとしてよく、シーケンス内の各パルスは直交位相シーケンスに従って特定の定位相を有し、その位相は変調の第1の方向で各パルスに適用される。
【００８２】
方法は、送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスに使用される同一の直交位相シーケンスによって各受信部分間隔において送信されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを反射する1つまたは複数の物体から受信されるエコーエネルギーの位相を変調するステップをさらに含み、変調の第2の方向は変調の第1の方向とは反対であり、それによりラウンドトリップエコー時間のTの不連続単位で測定された特定のレンジrで特定の反射物体から反射されたエコーエネルギーに適用される正味位相変調は、伝送時の送信されたパルスの位相とレンジrからの受信エコーエネルギーに適用される位相との間の差であり、差の方向はいずれでもよい。
【００８３】
方法は、変調された受信エコーエネルギーから、受信エコーエネルギーのN回の固有の不連続周波数変換を1/NT Hzの倍数に等しい大きさの、反射物体のレンジrの関数として行うステップをさらに含むものとしてよく、その周波数変換は、受信エコーエネルギーのスペクトルを保存し、組合せで複合信号周波数スペクトルを形成し得る。
【００８４】
直交位相は、φ(n)=M(an^2+bn+c)によって表されるものとしてよく、φ(n)はパルスインデックスnを有するパルスに適用される位相であるものとしてよい。Mは、Nとの公約数を有しない整数定数であってよい。パルスインデックスnは、1からNの範囲内の繰り返しシーケンス内のパルスのインデックスであってよい。係数aは、位相の1回転を法とすると考えたときに、ラジアンの位相単位に対してπ/Nに設定される、位相シーケンスの繰り返し間隔を定義する定数であってよい。係数bおよびcは、任意の値の定数であってよい。
【００８５】
いくつかの実施形態において、N回の周波数変換を行うステップは、1/T Hzを法とするMa(r-i)/NT Hzの形態のレンジrの関数として受信されたエコーエネルギーの周波数変換を行うステップを含むものとしてよく、インデックスiは、生成されたパルスへのφ(n)の適用と受信されたエコーエネルギーへのφ(n)の適用との間のnの任意のインデックスオフセットを表すものとしてよい。
【００８６】
いくつかの実施形態において、方法は、定数Mの単一の値を使用して生成される位相を有する送信されたパルスのシーケンスに対する受信されたエコーエネルギーの1つまたは複数のスペクトル特徴がスペクトルの重なりなしで各それぞれのレンジrに対して1/NT Hzのスペクトル間隔内に収まると決定するステップをさらに含み得る。
【００８７】
いくつかの実施形態において、方法は、各レンジrから対応する受信されたエコーエネルギーのスペクトル特徴をあいまいなく特徴付けるステップと、特徴付けられたスペクトル特徴を特定のレンジに割り当てるステップとをさらに含み得る。
【００８８】
いくつかの実施形態において、最大ドップラー偏移に対する制限は、レーダー(システム100または500のいずれかの)を2つのモードで、時間的に順次、もしくは2つの異なる搬送波周波数を使用して並列に操作することによって、または2つの直交偏波(図5に示されているタイプの2つの送信機-受信機システムを伴い得る)を使用することによって緩和され得る。たとえば、システム100または500のいずれかは、Mが第1の整数値に等しくなるように設定されている式(1)の二次関数に従って送信パルスの第1のシーケンスを生成し、Mが第1の整数値を負にした第2の整数値に等しくなるように設定されている式(1)の二次関数に従って送信パルスの第2のシーケンスを生成するように構成され得る。それに加えて、システム100または500のいずれか(たとえば、プロセッサ119または512のいずれか)は、ターゲットに対する送信パルスの第1および第2のシーケンスに対するそれぞれの複合信号周波数スペクトルの差からターゲットのドップラー偏移を決定するように構成され得る(たとえば、第1のシーケンスは第1の整数値に等しくなるように設定されているMで生成され、第2のシーケンスは第2の整数値に等しくなるように設定されているMで生成される)。たとえば、一方のデータセットは、+1に設定されている式(1)の中の整数定数Mとともに取得され、他方は-1に設定されているMとともに取得されるものとしてよい。Mのこの変化は、ドップラー偏移の符号と位相シーケンスによって引き起こされる周波数偏移の符号との間の関係を反転するものとしてよいが、それは、M=+1に対する正のドップラー偏移は、M=-1に対する正のドップラー偏移に対応するが、位相シーケンス誘導周波数偏移の符号が変化するからである。
【００８９】
たとえば、図10において1000で一般的に示されている方法は、1つまたは複数のターゲットが方法800のエコー条件を満たさない場合に実行され得る。たとえば、第2の例示的な状況では、ターゲットは、上で説明されている第1の例示的な状況の強いあいまいでないドップラー基準を満たし得ない(たとえば、ターゲットエコースペクトル幅が式(8)の中のdFよりも小さくなく、エコードップラー偏移の絶対値がdF/2よりも小さくないものとしてよい)。むしろ、ターゲットは、その基準の約2もしくは3倍よりも小さいドップラー偏移を有し得る。それに加えて、および/または代替的に、ターゲットは、レンジに何らかの連続性を有しているものとしてよく、したがってスペクトル内で重なり合わない。方法1000は、方法800で決定されたターゲットパラメータの妥当性を確認することが望ましい状況などの他の好適な状況でも使用され得る。
【００９０】
方法1000は、システムの取得パラメータを設定するステップ1002を含み得る。たとえば、ステップ1002は、送信されるべきパルスの第1および第2のシーケンスのPRFを設定するステップ、それらのパルスの最大レンジを設定するステップ(たとえば、NおよびTの一方または両方を設定するステップ)、第1および第2のシーケンスに含まれ得る1つまたは複数のゲートのゲート幅を設定するステップ、Mをパルスの第1のシーケンスに対する第1の整数値に設定するステップ、および/またはMをパルスの第2のシーケンスに対する第2の整数値に設定するステップを伴い得る。第2の整数値は、第1の整数値を負にした値であってよい。たとえば、ステップ1002で、システムは、パルスの第1のシーケンスについてはMを+1に等しくなるように設定し、パルスの第2のシーケンスについてはMを-1に等しくなるように設定することができる(または設定するために使用され得る)。そのような設定は、M=[+1,-1]と表され得る。
【００９１】
方法1000は、2つのデータセットを取得し、2つのスペクトルを形成するステップ1004を含み得る。たとえば、ステップ1004において、システムの第1の電子デバイスは、異なる送信位相で変調された共通の第1の周波数を有する複数の送信パルスを生成し得る。複数の送信パルスは、第1の係数の第1の値(たとえば、+1)に少なくとも一部は従って決定される送信パルスの第1のシーケンス、および第1の係数の第1の値の負の値(たとえば、-1)に少なくとも一部は従って決定される送信パルスの第2のシーケンスを含み得る。システム500の受信機は、1つまたは複数のターゲットによる複数の送信パルスの反射によって生成される反射パルスを受信し得る。受信機は、現在生成されている送信パルスの位相に対応する受信位相で受信された反射パルスを位相変調し得る。受信機は、変調された受信パルスから、第1および第2の複合信号周波数スペクトルを生成するものとしてよく、その例はそれぞれ図11において1100、1102で一般的に示されている。第1のスペクトル1100は、送信位相と(M=+1で)第1のシーケンスに対応する各受信パルスの受信位相との関係を表し得る。第2のスペクトル1102は、送信位相と(M=-1で)第2のシーケンスに対応する各受信パルスの受信位相との関係を表し得る。スペクトル1100、1102は、スペクトル形態で与えられるターゲットのレンジ応答として記述され得る。
【００９２】
第1の整数値に等しくなるように設定されているMおよび第2の整数値に等しくなるように設定されているMで得られるデータによって与えられる追加の自由度(たとえば、M=+1およびM=-1)は、システム100または500のプロセッサのうちのいずれかが多くの、もしくはすべてのレンジゲートでドップラー偏移した信号スペクトルの中程度の重なり合い、または少数のレンジゲートにおけるそのようなスペクトルのより実質的な重なり合いによって引き起こされるあいまいさを解決することを可能にし得る。このようにして、あいまいでないドップラー偏移、またはターゲット視線速度に対する制限は、ドップラーレーダーに対する事前に存在する制限と比較して実質的に緩和され得る。
【００９３】
スペクトル1100、1102は、Mのこれら2つの値(たとえば、+1、-1)を使用する例である。図11では、2つのスペクトルがプロットされており、一方は他方との比較のため、振幅および周波数の両方の点で反転されている(M=-1シーケンスはM=+1シーケンスの周波数偏移の実質的に負の値である周波数偏移を引き起こす)。この場合、ドップラー偏移のうちのいくつかは、式(8)によって与えられる制約条件を十分超えているが、それでも、エコースペクトルはペアで生じ、ペアの間の平均周波数は式4で定義されているレンジマーカーのところにあり真のレンジを示し、2つのピークの周波数の差の半分は真のドップラー偏移を示しているので、各エコースペクトルに対して真のレンジおよびドップラー偏移(および他のパラメータ)を識別することが可能である。図11において、破線は、スペクトルピークの対応するペアを接続している。たとえば、第1の2つのピーク(それぞれレンジゲート1および2に対応する)は、これらのピークに関連付けられているドップラー偏移が小さいので、付近にペアを有することは明らかである。それに加えて、波線によって接続されている、レンジゲート4に対応するピーク1104、1106も、ペアであるが、これらのピークのドップラー偏移は、大きなマージンで式(8)に違反している。図11に示されているように、レンジゲート4に対応する2つのピークは、その真のレンジから、第4のチェックマーク(たとえば、レンジゲート4に対応する)まで対称的にずらさせる。
【００９４】
方法1000(図10参照)は、ステップ1004で形成されたスペクトルの両方を使用して1つまたは複数のターゲットパラメータを決定するステップ1006を含み得る。たとえば、ステップ1006で、システムは、ターゲットに対する送信パルスのそれぞれの第1および第2のシーケンスに対するスペクトル1100、1102の差からターゲット(たとえば、ターゲット520のうちの1つまたは複数)に関連付けられているドップラー偏移を決定し得る。たとえば、1006で、システムは、方法800(図8参照)のステップ806で実行される方式の1つまたは複数に類似する方式でスペクトル1100、1102に関する1つまたは複数の決定(および/またはパラメータ化)を実行し得る。たとえば、システムは、スペクトル1100におけるエコーピーク1104の周波数(または位置)、およびスペクトル1102におけるエコーピーク1106の周波数(または位置)を識別し得る。システムは、エコーピーク1104、1106がそれぞれのスペクトル1100、1102において関係するポジション(または位置)を占有することを決定し得る。たとえば、システムは、ピーク1104、1106が対応するスペクトルセグメント内に配置されるか、または両方ともそれぞれのスペクトル内のそれぞれのピーク順序における類似のポジションに配置されることを決定し得る(たとえば、ピーク1104、1106は両方とも第4のピーク)。システムは、関係するピーク1104、1106の関係するポジションを共通のターゲット(たとえば、反射物体)に関連付け得る。システムは、関係するピーク1104、1106のペアリングを行うことができる。システムは、関係するピーク1104、1106のそれぞれの周波数を平均し、この平均された周波数を共通のターゲットのレンジに関連付けることによって共通のターゲットのレンジを決定し得る。たとえば、システムは、ピーク1104、1106に関連付けられた(または対応する)共通のターゲットがレンジゲート4に対応する周波数に近似的に等しい平均周波数を有するエコーを反射したことを決定し得る。真のレンジのこの決定に基づき、システムは、スペクトル1100、1102のいずれかから共通のターゲットに関連付けられているドップラー偏移を決定し得る。システムは、各レンジゲートに対する関連付けられている特徴の類似のペアリングを行うことによって各レンジゲートで1つまたは複数のターゲットパラメータを同様に決定し得る。
【００９５】
上で説明されているように、Mの2つの値は、レンジのあいまいさを解決するために方法1000で使用され得る。各レンジゲートゼロドップラー点の周りに対称的に配置されるスペクトルのペアが見つかるものとしてよい。2つのピークの間の周波数の分離は、ドップラー偏移の2倍であるものとしてよい。平均周波数(2つのピークの)は、真のレンジを示し得る。
【００９６】
方法1000は、スペクトル内にあいまいさが残っているかどうかを決定するステップ1008を含み得る。残っているあいまいさは、dF/2よりも大きいスペクトル幅を有するエコーピークなどの、あいまいなスペクトル特徴を含み得る。そのような広いスペクトル幅は、複数のレンジゲートからの複数のあいまいなエコーピークを含むものとしてよく、あいまいなエコーピークはスペクトル内で互いの方へあいまいにドップラー偏移する。ステップ1008で、あいまいさが残っていないとシステムが決定した場合、方法1000はステップ1004に戻り、データの取得を継続し、ターゲットパラメータ化を続行するものとしてよい。しかしながら、ステップ1008であいまいさが残っているとシステムが決定した場合、方法1000はステップ1002に戻り、システムは、取得パラメータをリセットし、修正し、および/または調整する(またはそのために使用される)ものとしてよく、方法1000は、その後繰り返され得る。代替的に、および/またはそれに加えて、図12において1200で一般的に示されている、方法は、あいまいさが残っていると決定された場合に行われ得る。
【００９７】
たとえば、第3の例示的な事例または状況において、システムによって生成される1つまたは複数のスペクトルは、中から強までのスペクトルの重なり合い、および/または大きいスペクトル幅を有するものとしてよい。図13は、レンジゲート1〜23に対するそのようなスペクトルの一例を示している。図13において、レンジゲート17〜20に対するスペクトルは、エコーのグループの強度およびレンジのおおざっぱな推定を除き信号に関して抽出され得る情報がなくなる地点まで重なる。そのような重なり合うエコーは、さらなるデータセットの取得によって解決され得る。さらなるデータセットは、複数の周波数搬送波、直交偏波、および/または整数定数Mの様々な値とともに、時間的に順次、または並列に取られ得る。異なるM値を有するさらなるデータセットを取得することによって、レンジゲートは、所定の方式でスペクトル内で再配置されるか、または並べ替えられるものとしてよく、これは特徴付けのためにスペクトルピークを分離し得る。
【００９８】
たとえば、方法1200(図12参照)は、システムの1つまたは複数の取得パラメータを設定するステップ1202を含み得る。ステップ1202で、システムは、送信されるべきパルスの複数のシーケンスのPRFを設定し、それらのパルスの最大レンジを設定し(たとえば、NおよびTの一方または両方を設定し)、複数のシーケンスに含まれ得る1つまたは複数のゲートのゲート幅を設定し、および/またはMのm個の値の集合を選択するものとしてよく、mは送信されるべきシーケンスの数としてよい。たとえば、ステップ1202で、システムは、式(1)の二次関数に従って送信パルスの複数のシーケンスを生成するように構成されるものとしてよく、各シーケンスはMの異なる整数値を有する。たとえば、ステップ1202で、システムは、M=+1である第1のシーケンス、およびM=+7である第2のシーケンスを生成するように構成され得る(たとえば、m=2、M=[+1,+7])。いくつかの実施形態において、システムは、第1のシーケンスの伝送後、スペクトルが第1のシーケンスについて形成された後、および/または第1のシーケンスに対するスペクトルがあいまいなスペクトルピークを含むとシステムが決定した後、第2のシーケンスに対する取得パラメータを設定することができる。
【００９９】
方法1200は、m個のデータセットを取得し、m個のスペクトルを形成するステップ1204を含み得る。たとえば、ステップ1204において、システムの送信機は、異なる送信位相で変調された共通の第1の周波数を有する複数の送信パルスを生成し得る。複数の送信パルスは、M=+1である送信パルスの第1のシーケンス、およびM=+7である送信パルスの第2のシーケンスを含み得る。システムの受信機は、伝送媒体における1つまたは複数の反射ターゲットによる複数の送信パルスの反射によって生成される反射パルスを受信し得る。受信機は、現在生成されている送信パルスの位相に対応する受信位相で受信された反射パルスを位相変調し得る。受信機は、変調された受信パルスから、M=+1である送信パルスの第1のシーケンスに対応する受信されたパルスに対する、位相変化信号に基づく、第1の複合信号周波数スペクトル(たとえば、図13に示されているスペクトル1300)、およびM=+7である送信パルスの第2のシーケンスに対応する受信されたパルスに対する第2の複合信号周波数スペクトル(たとえば、図14に示されているスペクトル1400)を生成し得る。
【０１００】
図13および図14に示されているように、Mの異なる整数値は、レンジゲートがスペクトル内に分配される順序を、レンジゲートが送信パルスの他のシーケンスによって生成されるスペクトル内に分配される順序と比較して再分配し得る。
【０１０１】
たとえば、MおよびNが公約数を共有しない(Nが素数である利点を示唆し得る)とした場合、Mの値を変更すると、個別のスペクトルの任意の他の特性(Mの正と負の値によって反転される、位相シーケンスによって引き起こされるドップラー偏移の符号とスペクトル偏移との関係を除き)を変化させることなく、周波数スペクトル内のレンジゲートの順序が変更され得る。いくつかの実施形態において、システム100または500のいずれかは、Nとの公約数を有しないMに対する値を選択するように構成されるものとしてよく、これは再分配された順序においてどのレンジゲートが重なるのも防ぎ得る。
【０１０２】
たとえば、N=23のレンジゲート(図13および図14のような)では、Mを+1から+7に変更すると、式(9)に示されている関係に従って、スペクトルレンジ順序(またはレンジゲートのスペクトル順序)はスペクトル内でr=1、2、3、...、23からr=10、20、7、...、23に変更される。
式(9)    rj=M*ri mod N
【０１０３】
式(9)において、riは、M=1に対する線形順序での元のスペクトルインデックスであり、rjは、Mの他の値に対する同じターゲットに対するスペクトルインデックスである。
【０１０４】
このようにして、図14に示されているスペクトル1400は、図13に示されているのと同じターゲット(または物体)に対するスペクトルを示しているが、レンジシーケンスはM=7を使用して再分配(または順序変更)されている。図14のピークは、真のレンジに従ってレンジゲート1〜23に関連付けられており、再配置されたレンジ順序における並べ替えを示している。レンジゲート17、18、19、20に対応するピークは、現在は十分に分離されており、それらの特性は、特徴付けられる(たとえば、推定および/または決定される)ものとしてよい。
【０１０５】
たとえば、方法1200は、形成されたスペクトルの1つまたは複数から1つまたは複数のターゲットパラメータを決定するステップ1206を含み得る。ステップ1206で、m個のスペクトルの各々について、システムは、Mのその値に対するあいまいさなく解決され得るスペクトルピークを特徴付けることができる。Mの1つの値について解決されパラメータ化され得ないスペクトルピークは、Mの別の値についてそのように解決され特徴付けられ得る。このようにして、m個のスペクトルを取り扱うことによって、システムは、各解決されたスペクトルピークについて真のレンジを識別することができる。スペクトルピークが特徴付けられると(または特徴付けられた後)(たとえば、その真のレンジで)、そのスペクトルピーク(または特徴)は、減算または他の手段によってMのすべての値に対する形成されたスペクトルから取り除かれ得る。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、ステップ1206で、システムは、振幅、ドップラー偏移、およびスペクトル幅の対応するパラメータが直接決定され得る、他のレンジゲートに対するスペクトル(またはスペクトルセグメント)から十分に孤立しているスペクトル1300、1400の各々におけるスペクトル(またはスペクトルセグメント)を識別し得る。ステップ1206で、システムは、(次いで)スペクトル1300、1400のうちの1つまたは複数について、レンジゲート1〜23のうちの1つまたは複数のレンジゲートに対するパラメータを決定し得る。たとえば、図13のスペクトル1300において、システムは、レンジゲート1〜16、21、22に対応するスペクトルセグメントに対するピークが、互いから十分に孤立しているが、レンジゲート17〜20に対するスペクトルセグメントは、互いから十分に孤立していない(むしろ、重なり合っている)ことを識別し得る。しかしながら、システムは、図14のスペクトル1400において、レンジゲート17〜20に対するスペクトルセグメントが、互い(および他のスペクトルセグメント)から十分に孤立していることを識別し得る。次いで、システムは、スペクトル1300からのレンジゲート1〜16、21、および22に対するピークからの1つまたは複数のターゲットパラメータ、およびスペクトル1400からのレンジゲート17〜20に対するピークからの1つまたは複数のターゲットパラメータを決定し得る。この方式で、レンジゲート17〜20に対応するあいまいなピークは、解決され得る。このプロセスにおける成功度は、著しいエコーエネルギーを有するレンジゲートのパーセンテージに依存し得る。
【０１０７】
上の説明に照らして、図12〜図14および本開示の他の部分を参照すると、システムおよび/またはコンピュータプログラム製品は、少なくとも1つまたは複数の反射物体のうちの1つまたは複数からの受信されたエコーエネルギーのスペクトル特徴が、それぞれのレンジのうちの1つまたは複数に対する1/NT Hzのスペクトル間隔または異なるレンジの重なりからの受信されたエコーエネルギーのスペクトル特徴の外にあることを決定するステップを含む方法を提供するものとしてよい。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、方法は、エコーエネルギースペクトル内のスペクトル特徴へのレンジの割り当てにあいまいさがある場合に、定数Mの複数の値を使用してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するステップを含み得る。
【０１０９】
方法は、各レンジrについて、定数Mの少なくとも1つの値を見つけることによって、偏移した、または重なり合うスペクトル特徴のあいまいさをなくすために対応する受信されたエコーエネルギーのスペクトル特徴のパラメータを決定するステップをさらに含むものとしてよく、それに対してそのような偏移または重なりはいずれも、Mの異なる値によって生成されるスペクトルレンジ順序の並べ替えを通じて解決され得る。いくつかの実施形態において、方法は、重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する各レンジrから受信されたエコーエネルギーのスペクトル特徴を特徴付けるステップを含み得る。いくつかの実施形態において、方法は、特徴付けられたスペクトル特徴を特定のレンジに割り当てるステップを含み得る。
【０１１０】
図12を再び参照すると、ステップ1206で、システムは、パラメータが複数の復号信号周波数スペクトル(たとえば、スペクトル1300、1400)から決定されたレンジゲートに対するスペクトルを取り除くことができる。たとえば、スペクトル1300から、システムは、レンジゲート1〜16、21、22に対するそれぞれのスペクトルセグメントからのターゲットエコーに対するパラメータを決定するものとしてよく、次いで、スペクトル1400における対応するレンジゲートからこれらのエコーに対するスペクトルセグメントを減算するものとしてよい。これは、Mの他の値によって再配置されたときにピーク17〜20が他のピークとあいまいに混合されることを防ぐことができる。
【０１１１】
たとえば、スペクトル1300、1400のいずれかの中のあいまいさは、M=1の場合にすでに解決されているピークの位置および特性を使用する(または識別する)ことによって解決され得る。図13において、ピーク1〜16、21、22が解決されるものとしてよく、式(9)を使用して、システムは、これらのピークがM=7の場合について置かれる場所を決定し得る。これは図15において行われており、解決されたピーク1〜16、21、22を含むが、未解決のピーク17〜20を含まないスペクトル1300に基づく修正されたスペクトルは、スペクトル内のM=7の位置で破線によりプロットされている。ピーク17〜20のみについて図14に示されているスペクトル1400に対応する第2の修正されたスペクトルは、図15に実線で示されている。
【０１１２】
破線で示されている、図13からの再構成されたデータに基づく修正されたスペクトルは、2つのデータセットが非コヒーレントであることによる統計的差を別にして、実線で示されている、スペクトル1400からのピーク17〜20について図15のデータと十分に重なり合うが、それは、2つのデータセットが異なる搬送波周波数、または異なる時間、または異なる偏波で取られている可能性があるからである。
【０１１３】
図15において、重なるピークを有しない、実線で示されている、図14からのピークが4つあるが、それは、スペクトル1300の解決されたピークがデータから取り除かれているからである。実線で示されている、4つのピーク17、18、19、20は、図13からの修正されたスペクトルの再構成がエネルギーが本質的にないことを示している場合に生じる。
【０１１４】
ピーク17、18、19、20は、それぞれの孤立したスペクトルから、現在はパラメータ化され得る(システムによって)。ピーク17、18、19、20をパラメータ化するステップは、解決されたわずかに干渉するピークをスペクトル1300から減算するステップを伴い得る。しかしながら、このような減算は、統計的な理由からは完全ではあり得ない。たとえば、スペクトルは、順次取得、または異なる搬送波周波数または偏波での取得のいずれかにより、コヒーレントではあり得ない。
【０１１５】
したがって、ステップ1206で、システムは、任意の残りの未決定のレンジゲートに対するパラメータが決定され得るかどうかを決定することができる。たとえば、レンジゲートに対するスペクトルの振幅は、スペクトル極大を有するものとしてよく、ステップ1206は、1つまたは複数のパラメータが決定されていない各スペクトル極大について、重なり合っている、各スペクトル極大が決定されている、2つまたはそれ以上のレンジゲートから複数の複合信号周波数スペクトルのうちの1つを選択するステップを含み得る。上で説明されているように、システムは、レンジゲート17〜20に対するスペクトル極大が、スペクトル1300から決定されなかった(または決定可能でなかった)ことを識別し得る。この識別に応答して、システムは、レンジゲート17〜20が、これらのレンジゲートが互いに直接的に隣接することはないが、むしろ、複数の他のレンジゲートがその間にあるように再配置されているスペクトル1400を選択し得る。
【０１１６】
ステップ1206で、システムは、初期条件として重なり合うスペクトルを有するレンジゲートの知られているパラメータを使用して選択された計算モジュールを使用して多重最大決定(multi-maximum determination)を実行し得る。たとえば、多重最大決定を実行するステップは、非線形最小二乗モデル、ガウスモデル、対数ガウスモデル、または放物線モデルを使用するステップを含み得る。
【０１１７】
しかしながら、未決定のままであるパラメータを有するレンジゲートが残っており、多重最大決定を実行した後に1つまたは複数のパラメータが決定された場合、ステップ1206は、パラメータが決定された複合信号周波数スペクトルから1つまたは複数のレンジゲートに対するレンジスペクトルセグメントを取り除くステップと、レンジスペクトルセグメントが初期条件として重なり合うレンジスペクトルセグメントを有するレンジゲートの知られているパラメータを使用する選択された計算モデルを使用して取り除かれた複合信号周波数スペクトルについて多重最大決定を実行するステップとを含み得る。たとえば、ステップ1206で、システムは、スペクトル1400から図15で破線により示されているスペクトルセグメントを取り除くことができる。たとえば、これらの波線のスペクトルセグメントに対するスペクトルパラメータは、スペクトル1300から決定されているものとしてよく、それら(または関連付けられているスペクトルセグメント)をスペクトル1400から減算することによって、レンジゲート17〜20に対するターゲットパラメータは、解決されたピークが取り除かれたスペクトル1400からより容易に決定され得る。
【０１１８】
いくつかの実施形態において、Mの与えられた値に対する各複合信号周波数スペクトル内のレンジゲートは、スペクトルシーケンス内に配設されるものとしてよく、方法1200は、スペクトルシーケンス内のレンジゲートの混合をもたらすMの値を選択するステップと、Mの各値についてそれぞれの複合信号周波数スペクトルを生成するステップとを含み得る。たとえば、システムは、上で説明されているように、M=+1についてスペクトル1300を生成し、M=+7についてスペクトル1400を生成するように構成され得る。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、Mの値は、他のレンジに対するレンジスペクトルセグメントよりも占有が少ないと決定されるレンジに対するレンジスペクトルセグメントの混合を増やすように選択され得る。たとえば、レンジゲート5〜10に対するレンジスペクトルセグメントが、レンジゲート11〜14に対するレンジスペクトルセグメントと同じ数のエコーを含んでいなかった場合、Mの値は、レンジゲート5〜10に対するレンジスペクトルセグメントの混合を増やし、レンジゲート11〜14に対するレンジスペクトルセグメントの混合を減らすように(たとえば、システムによって)選択され得る。
【０１２０】
方法1200は、スペクトル内にあいまいさが残っているかどうかを決定するステップ1208を含み得る。ステップ1208で、スペクトルにあいまいさが残っていない(たとえば、レンジゲートのすべてに対するスペクトルセグメントのすべてが解決され、および/または特徴付けられている)と決定された場合、方法1200は、ステップ1204に戻り、データセットのその後の取得およびスペクトルの形成で、ターゲットパラメータ化を続行し得る。しかしながら、ステップ1208で、1つまたは複数のあいまいさが残っていると決定された場合、方法1200はステップ1202に戻り、取得パラメータは変更され、方法1200のステップが繰り返され得る。
【０１２１】
上記の説明に照らして、図12〜図15および本開示の他の部分を参照すると、システムおよび/またはコンピュータプログラム製品は方法を提供することができ、重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する受信されたエコーエネルギーのスペクトル特徴を特徴付けるステップは、定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得するステップを含み得る。スペクトル特徴を特徴付けるステップは、m個のスペクトルのうちのいずれかからレンジに関してあいまいなく割り当てられ得るこれらのスペクトル特徴を任意のレンジrについて特徴付けるステップをさらに含み得る。スペクトル特徴を特徴付けるステップは、各対応するレンジrについてそのように特徴付けられたスペクトル特徴をMの各値に対する特徴に対するそれぞれのスペクトル位置においてm個のスペクトルの各々から減算するステップをさらに含み得る。スペクトル特徴を特徴付けるステップは、残りのスペクトル特徴に対する修正されたスペクトルで先行する2つのステップ(たとえば、いずれかのレンジに対する特徴付けのステップ、およびスペクトル特徴を減算するステップ)を繰り返すステップをさらに含み得る。
【０１２２】
図12を再び参照すると、方法1200において、Mの変更を通じて、スペクトルのレンジ順序を変更する(または改変する)ステップは、多くの場合において結果として生じるあいまいさを解決することができる。たとえば、結果として生じるあいまいさは、与えられたスペクトルに重なり合うスペクトルがないMの1つまたは複数の値を見つけることによって解決され得る。しかしながら、方法1200が、すべてのあいまいさ(またはあいまいさの大半)を解決しない場合、図16に示されている方法1600は、より適切であり得る。
【０１２３】
たとえば、第4の例示的な事例または状況において、スペクトルは、中程度から非常に強い程度までのスペクトルの重なり合い、および/または非常に大きいスペクトル幅を有するものとしてよい。この第4の例示的な状況では、Mの中程度の数から多数までの値を使用するステップおよび各レンジゲートを、そのレンジゲートに対してのみ合うように整列させたすべてのスペクトルを重ね合わせることによって処理するステップは、スペクトルの最小限の集合体(または重ね合わせ)で真のレンジ、ドップラー偏移、および/またはエコーの1つもしくは複数の他のスペクトル特性をそのレンジゲートから明らかにすることを可能にし得る。真のレンジ、ドップラー偏移、および/または1つもしくは複数のスペクトル特性のあいまいさをなくすことが成功する程度は、使用されるMの値の数、および著しいエコー強度を有するレンジゲートの部分に依存し得る。
【０１２４】
特に、非常に広いスペクトルまたは大きいドップラー偏移を有するスペクトルについて、Mの多数の値についてスペクトルが利用可能であるときに、重ね合わされているスペクトルのあいまいさをなくすアプローチ(またはプロセス)は、次の方式で動作し得る。Mのすべてのまたは複数の値(データが利用可能である)に対するスペクトルが計算され得る。次いで、各レンジゲートについて、様々なスペクトルは、2a/T Hzの適切な倍数だけ個別に周波数偏移するものとしてよく、処理されているレンジゲートからのスペクトルピークは、すべて、たとえば、M=1のときにそれぞれのポジションに一列に並ぶものとしてよい。各スペクトルが偏移する量は、そのスペクトルに対する式(8)およびMの値から導出され得る。スペクトル推定が[0,1/T]のあいまいでないレンジの一端を超えて移動すると、これらは実際に循環的に偏移し、あいまいでないレンジの反対端に入る。次いで、スペクトル内の各周波数について、循環的に偏移するスペクトルのこの集合体の最小値は、真のスペクトルの近似値として取られ得る。スペクトルの精度は、利用可能なMの値の数とともに高まるものとしてよい。
【０１２５】
図16に示されている方法1600は、そのような方法の一例である。ステップ1602で、システムの取得パラメータは、方法1200のステップ1202と類似の方式で設定され得る。たとえば、ステップ1602で、システムはPRF、最大値、ゲート幅を設定し、および/またはMのm個の値を選択するものとしてよい。方法1600では、mは、2以上の整数、および好ましくは2よりもかなり大きい整数であってよい。
【０１２６】
ステップ1604で、システムは、m個のデータセットを取得し、m個のスペクトルを、たとえば、方法1200のステップ1204の方式と類似の方式で形成し得る。しかしながら、ステップ1604では、ステップ1204よりも多いデータセットおよびスペクトルが形成され得る。
【０１２７】
ステップ1606で、システムは、スペクトルを偏移させ、偏移したスペクトルの重ね合わせを形成し得る。たとえば、各レンジゲートについて、システムは、m個のスペクトルがそのレンジゲートに対するゼロドップラー点(または偏移)で整列するようにm個のスペクトルを偏移させる(その周波数を変換する)ことができる。各レンジゲートについて、システムは、それぞれのレンジゲートに対する偏移したスペクトルの重ね合わせまたは最小スペクトルを形成し得る。
【０１２８】
図17は、レンジゲート18に対する、1700で一般的に示されている、そのような1つの重ね合わせの一例を示しており、m個のスペクトルはm個のスペクトルの各々におけるレンジゲート18がM=1の事例に対するレンジゲート18で整列するように偏移させる。図17において、重ね合わせ1700は、スペクトル1300、1400、さらにはMの他の値を有する追加のスペクトルを含み、スペクトルは、必要に応じて、レンジゲート18に対するそれぞれのスペクトルセグメントのすべてがM=1の事例に対応するスペクトルに対するレンジゲート18のポジションなど共通のポジションで整列するように偏移させる。言い換えれば、図17は、重ね合わされた、ただしレンジゲート18でマッチするように偏移させた、Mのいくつかの値に対するスペクトルの別々の再構成とともに、図13〜図15で使用されている例示的な状況に適用される、上で説明されているような重ね合わされたスペクトルのあいまいさをなくすためのそのようなアプローチを示している。直交位相シーケンスの直交性により、18以外のレンジゲートからのスペクトルは、Mの各値についてプロットの中で異なるポジションを取り得る。その結果、重ね合わせ1700は、以下で示されるように、レンジゲート18に関連付けられているパラメータのあいまいさをなくすために使用され得る。上で説明されているように、ステップ1606で、レンジゲートの各々に対する重ね合わせが(たとえば、rの各値について)形成され得る。
【０１２９】
ステップ1608で、システムは、ステップ1606で形成された重ね合わせのうちの1つまたは複数から1つまたは複数のターゲットパラメータを決定し得る。たとえば、システムは、重ね合わせの各々の最小値(または最小の集合体)を形成し、ターゲットエコーとして事前定義されたドップラー偏移窓内の結果として得られるピークを識別し、結果として得られるピークからそのターゲットの関連付けられているドップラー偏移およびスペクトル特性を決定するように構成され得る。
【０１３０】
たとえば図17にプロットされているスペクトルの最小の集合体(または最小値)が図18に示されており、1800で一般的に示されている。結果は、スペクトルのいくつかの実現の総和の最小値を見つける演算によって強度がわずかに低くバイアスされている、ゲート18における信号の真のスペクトルの近似である。
【０１３１】
いくつかの実施形態において、このプロセスは、他のレンジゲートからパラメータ(または推定値)を見つける(または決定する)ステップと、図19に示されているように、すべてのゲートに対する結果として得られるスペクトル(またはピーク)をプロットするステップとを含み得る。図19において、図13において重ね合わせとなっている他の3つのレンジゲート(すなわち、レンジゲート17、19、および20)に対するピークを含む、結果として得られるピークは、上で説明されているのと同じ方法(たとえば、それぞれのレンジゲートに対してスペクトルを偏移させて整列させるステップ、重ね合わせを形成するステップ、および重ね合わせの最小値を取るステップ)を使用して形成されている。次に、23個すべてのゲートのパラメータが成功裏に(たとえば、システムによって)決定され得る。このプロセスが成功できる程度は、データが利用可能であるMの値の数、ドップラー偏移探索窓の幅、および著しいエコーが存在するレンジゲートのパーセンテージに依存し得る。
【０１３２】
方法1600(図16参照)は、あいまいさが残っているかどうかを決定するステップ1610を含み得る。たとえば、ステップ1610で、システムは、形成されたスペクトル、形成された重ね合わせ、および/またはそれらの重ね合わせの形成された最小のいずれかの中にあいまいさが残っているかどうかを決定し得る。ステップ1610で、あいまいさが残っていないと決定された場合、方法1600はステップ1604に戻り、データセットのその後の取得およびスペクトルの形成で、伝送媒体における反射ターゲットのパラメータ化を続行し得る。
【０１３３】
しかしながら、ステップ1610で、あいまいさが残っていると決定された場合、方法1600はステップ1612に進行することができる。ステップ1612で、システムは、m個のスペクトルから1つまたは複数の特徴付けられたピーク(たとえば、ターゲットパラメータが、たとえば、図9のように直接的に決定され得るピーク)を取り除き、重ね合わせの1つまたは複数を繰り返すように構成され得る。たとえば、ステップ1610で、あいまいさがレンジゲート17および19に残っていると決定された場合、ステップ1610で、システムは、m個のスペクトルから特徴付けられているピークを取り除くことができる。次いで、システムは、それらのレンジゲート(すなわち、17および19)に対する重ね合わせを繰り返し得るが、いくつかの実施形態では、あいまいさが残っていないと決定されている他のレンジゲートについては重ね合わせを繰り返し得ない。
【０１３４】
上記の説明に照らして、図16〜図18および本開示の他の部分を参照すると、システムおよび/またはコンピュータプログラム製品は方法を提供することができ、異なるレンジ間隔rからの重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する受信されたエコーエネルギーのスペクトル特徴を特徴付けるステップは、定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得するステップと、各レンジrに対して次のステップ(a)〜(c)のうちの1つまたは複数を実行するステップとを含み得る。ステップ(a)は、取得されたm個のスペクトルを循環的に偏移させるステップを含むものとしてよく、それにより、それら(たとえば、取得されたm個のスペクトル)はそのレンジrからのゼロドップラー速度における受信されたエコーエネルギーが置かれる各スペクトル内の点で整列させる。ステップ(b)は、整列させたスペクトル内の各周波数について、整列させたスペクトルの集合体からのその周波数での最小値を取ることによって最小スペクトルを形成するステップを含み得る。ステップ(c)は、プリセットされた閾値を超える、所定の周波数窓内に配置されている、最小スペクトル内の任意のスペクトル特徴を、レンジrでの1つまたは複数の物体に対するスペクトル特徴を表すものとして特徴付けるステップを含み得る。
【０１３５】
図16を再び参照すると、方法1600において、個別のスペクトル特徴は、所望の任意のレンジ順序で解決され得る。しかしながら、いくつかの場合において、スペクトルエネルギーの順序でスペクトル特徴を解決することがより適切であるものとしてよく、図20に示されている方法2000は、より適切であり得る。
【０１３６】
たとえば、第5の例示的な事例または状況において、スペクトルは、中程度から非常に強い程度までのスペクトルの重なり合い、ドップラー偏移、および/または非常に大きいスペクトル幅を有すると決定され得る。この第5の例示的な状況において、スペクトルエネルギーのいくつかの測定量の順序でスペクトル特徴を処理するステップは、各レンジrについて、Mの中程度の数から多数までの値を使用して方法1600を実行するステップと、そのレンジrに対するスペクトル特徴のスペクトルエネルギーの測定量を形成するステップとを含む。スペクトルエネルギーの最強の測定量を有するレンジrに対するスペクトル特徴が特徴付けられ、特徴は、次いで、Mのすべての値についてスペクトルから減算される。次いで、このプロセスは、スペクトルに残っているエネルギーが有意性のプリセットされた閾値を下回るまで、修正されたスペクトルを使用して繰り返される。真のレンジ、ドップラー偏移、および/または1つもしくは複数のスペクトル特性のあいまいさをなくすことが成功する程度は、使用されるMの値の数、および著しいエコー強度を有するレンジゲートの部分に依存し得る。
【０１３７】
図20に示されている方法2000は、そのような方法の一例である。ステップ2002で、システムの取得パラメータは、方法1200のステップ1202と類似の方式で設定され得る。たとえば、ステップ2002で、システムはPRF、最大値、ゲート幅を設定し、および/またはMのm個の値を選択するものとしてよい。方法2000では、mは、2以上の整数、および好ましくは2よりもかなり大きい整数であってよい。
【０１３８】
ステップ2004で、システムは、m個のデータセットを取得し、m個のスペクトルを、たとえば、方法1200のステップ1204の方式と類似の方式で形成し得る。しかしながら、ステップ2004では、ステップ1204よりもかなり多いデータセットおよびスペクトルが形成され得る。
【０１３９】
ステップ2006で、システムは、レンジパラメータrを第1のレンジゲートに設定するものとしてよい。
【０１４０】
ステップ2008で、システムは、スペクトルを偏移させ、レンジrに対する偏移したスペクトルの重ね合わせを形成し得る。たとえば、各レンジゲートについて、システムは、m個のスペクトルがそのレンジゲートに対するゼロドップラー点(または偏移)で整列するようにm個のスペクトルを偏移させる(その周波数を変換する)ことができる。
【０１４１】
ステップ2010で、システムは、ステップ2008によって形成された重ね合わせからスペクトル特徴パラメータにおいてエネルギーを指示するパラメータを決定し得る。たとえば、システムは、重ね合わせの各々の最小のもの(または最小の集合体)を形成し、ターゲットエコーとして定義されたドップラー偏移窓内の結果として得られるピークを識別し、このピークにおける関連付けられているスペクトルエネルギーを決定するように構成され得る。
【０１４２】
ステップ2012で、システムは、レンジrを1単位だけ増分し得る。
【０１４３】
ステップ2014で、システムは、rの値が関心のある最大レンジを超えない場合にステップ2008に戻るか、または超える場合にステップ2016に進むものとしてよい。
【０１４４】
ステップ2016で、システムは、rの各値について特徴付けられているスペクトルエネルギーの測定量を比較し、スペクトルエネルギーの最強の測定量を保有していたrの値を選択することができる。
【０１４５】
ステップ2018で、システムは、ステップ2016で選択されたスペクトルエネルギーの測定量を有意な所定の閾値または測定量と比較し、その測定量が有意な所定の測定量よりも低い場合に手順を終了するものとしてよい。
【０１４６】
スペクトルエネルギーの測定量が閾値よりも高い場合、ステップ2020で、システムは、ステップ2016で選択されたrの値についてスペクトル特徴を特徴付け、それをレンジrに割り当てることができる。
【０１４７】
ステップ2022で、システムは、Mの各値に適切なスペクトル位置において、ステップ2020で特徴付けられたスペクトル特徴をm個のスペクトルの各々から減算し得る。
【０１４８】
ステップ2022を完了した後に、システムはステップ2006に戻り、rを増分し、プロセスを続行し得る。
【０１４９】
図21は、図13のデータから作成されるようなレンジ応答の一例を示し、すべてのレンジ応答は完全にあいまいさをなくされている、上で説明されているような、図20の方法によって作成され得るチャートを示している。
【０１５０】
上記の説明に照らして、図12〜図21および本開示の他の部分を参照すると、システムおよび/またはコンピュータプログラム製品は方法を提供することができ、異なるレンジ間隔rからの重なり合う、または偏移したスペクトル特徴を有する受信されたエコーエネルギーのスペクトル特徴を特徴付けるステップは、定数Mのm個の複数の値に対するスペクトルを取得するステップと、プリセットされた閾値を超える受信されたエコーエネルギーで各レンジrに対して1つまたは複数のスペクトル特徴が特徴付けられるまで次のステップ(a)〜(e)のうちの1つまたは複数を実行するステップとを含み得る。
【０１５１】
ステップ(a)は、各レンジrについて次のステップ(1)〜(3)のうちの1つまたは複数を実行するステップを含み得る。ステップ(1)は、m個のスペクトルを循環する形で偏移させるステップを含むものとしてよく、それにより、それら(たとえば、m個のスペクトル)はそのレンジrからのゼロドップラー速度における反射が置かれる各スペクトル内の点で一致する。ステップ(2)は、スペクトル内の各周波数について、偏移したスペクトルの集合体からのその周波数でのスペクトルエネルギーの最小値を取ることによって各レンジrについて最小スペクトルを形成するステップを含み得る。ステップ(3)は、各レンジrに対する最小スペクトルのスペクトルピークにおけるエネルギーを表す値を決定するステップを含み得る。
【０１５２】
ステップ(b)は、最大のそのようなピークエネルギー値を発生するレンジrを選択するステップを含み得る。ステップ(c)は、レンジrについて計算された最小スペクトルから、この選択されたレンジrに対する1つまたは複数のスペクトル特徴を特徴付けるステップを含み得る。ステップ(d)は、対応する1つまたは複数のスペクトル位置で、減算によりm個のすべてのスペクトルからこのレンジrについてそのように特徴付けられた1つまたは複数のスペクトル特徴を取り除くステップを含み得る。ステップ(e)は、次に高いスペクトル成分を特徴付けるためにm個の修正されたスペクトルを使用して、ステップ(a)〜(d)を繰り返すステップを含み得る。
【０１５３】
開示されている方法は、比較的高い速度で進行している反射物体の特性を特徴付けることに対して有効であり得る。たとえば、図22は、図17と同じデータを示しているが、大きいドップラー偏移がゲート18での信号に与えられている。再構成は、大きいドップラー偏移にも拘わらず成功することに留意されたい。したがって、方法1600(図16参照)は、本明細書で開示されている方法の中でもとりわけ、比較的大きいドップラー偏移を有するターゲットエコーのパラメータのあいまいさをなくすことに対して有効であり得る。
【０１５４】
上で説明されている動作について、Mの異なる値に対するスペクトルが異なるRF周波数で取られる場合に、レンジゲートの中心周波数、およびHz単位のドップラー偏移に関する尺度は、変化する搬送波周波数とともに一定のままであるが、ターゲット速度とスペクトルドップラー周波数との間の関係は、変化する搬送波周波数とともに一定のままではないことが理解されるであろう。たとえば、与えられたターゲット速度に対するスペクトルドップラー周波数偏移は、信号周波数に直線的に対応し得る。この理由から、取得されたスペクトルとMの異なる値をマッチさせたいときには、スペクトルが取得されたRF周波数に従って、Mの各値についてスペクトルをわずかに引き延ばすか、または圧縮することが賢明であり得る。たとえば、スペクトルは、スペクトルを再サンプリングし、重ね合わせが計算されている適切なレンジゲートの中心におけるゼロドップラー偏移点を適切に維持することによって引き延ばされるか、または圧縮され得る。
【０１５５】
図23は、また、図17と同じデータを示しているが、信号のスペクトル幅がゲート18で大幅に増大している。図23に示されている複合スペクトルは、明らかに、難なく、多くのレンジゲートと重なり合う、信号の大きいスペクトル幅を再現している。
【０１５６】
いくつかの実施形態において、特に、著しいエコーエネルギーを有するレンジゲート全体のわずかな部分が非常に大きく、ドップラー偏移探索窓が広い場合に、ドップラー偏移窓内のすべてのm個のスペクトルからピークの偶然の一致により誤認警報が生じる可能性がある。しかしながら、エコー周波数およびエコースペクトル幅の統計量が知られている場合、他のレンジからのエコーの偶然の重なり合いによる、偽エコーの解の中の出現に対する誤認警報率が決定され得る。そのような誤認警報が問題となる場合、スペクトル特徴は、解決されパラメータ化される(たとえば、ステップ1608で)ときにスペクトルから取り除かれるものとしてよく、これは、著しいエコーを有するレンジゲートのパーセンテージを低減し、誤認警報率を大幅に低減し得る。
【０１５７】
上記から、エコーレンジングの装置または方法は、t秒のパルス幅および固定されたパルス形状を有する、PRF=1/T Hzの一定周波数を送信するステップを含むものとしてよく、直交位相変調は伝送時に実質的に適用され、そのような直交位相変調はN個のパルスの繰り返しシーケンスの各パルスnについて位相を定義するための関係式φ(n)に従って各パルスの持続時間の間一定であるが、パルス間では異なる。そのような直交シーケンスの一例は、長さNの一般的な二次関係式、φ(n)=M(an2+bn+c)であり、パラメータbおよびcは、任意の固定された位相偏移であり、ラジアン単位でパラメータa=b=π/Nであり、Mは1からN-1までの間の絶対値を有する整数である。位相変調は、また、送信エネルギーに適用され、反対の方向で適用されるのと同じ位相変調シーケンスを使用し、たとえば、次の送信パルスに適用されるべき位相を使用する、適切なタイミングで、約tの時間間隔で受信時に反射エネルギーに実質的に適用されるものとしてよく、その結果、[1,N]内の特定のレンジ間隔rからのエコーエネルギーは、受信時に受信機によってレンジ間隔nからの受信されたエネルギーに適用される位相から、受信のrT秒前に、ターゲットからの反射を生成した送信機パルスに適用される位相を引いたものに等しい伝送および受信単独の時点での位相変調による正味の全位相偏移を有し、そのような位相差は時間間隔Tごとのφ(n+r)-φ(n)=2πMr/Nラジアンに、nとともに変化しない量を加えた値に等しく、(Mr/(NT) mod PRF)Hzの周波数変換に等しく、rは[1,N]内のレンジ間隔であり、位相差の符号は、装置または方法に対する重大な影響を有することなく反転され得る。
【０１５８】
そのような離散周波数変換Mr/(NT)Hzは、PRF=1/T Hzを法にすると考えたときに、周波数変換のシーケンスを[0,PRF]Hzにおける周波数1/(NT) HzのN個の離散整数倍からなるMおよびrの関数として行い、各倍数はN個のあいまいでないレンジ間隔または「ゲート」のうちの1つに対応し、これらの倍数の分布はM=1に対するレンジ間隔r、および[1,N-1]内のMの値に対するレンジ順序のN-1回の並べ替えにおいて直線的であり、NT秒のラウンドトリップレンジ遅延を超えるレンジからのエネルギーは[0,PRF]内の周波数の中に混ぜられ、したがってレンジに関してあいまいになる。そのような離散周波数変換は、その変換についてMおよびrによって定義されたレンジ間隔内のあらゆるターゲットから反射されるすべての感知可能なエネルギーに作用するものとしてよく、その際に、送信パルス形状および受信時間窓に従ってエコーを加重し、時間遅延NT秒を超えるあいまいなレンジ間隔とは別の他のレンジ間隔からのエネルギーがないと、そのようなターゲットからのエコーのスペクトルのすべての特性をこのエネルギーのスペクトル表現で保持する。
【０１５９】
そのような装置または方法は、各時間間隔Tについて、すべてのレンジ間隔[1,N]からの寄与分および[0,PRF]内のすべての周波数、さらにはあいまいでないレンジのいかなる制限も超えるレンジを含む、受信されたデータの全振幅および位相を表す複素デジタルデータのベースバンド時系列を生成するように設計されるものとしてよく、時系列は、スペクトル分解能に関する要件に適合するように、Nの値に関係なく、時間およびサンプルに関して任意の長さを有するものとしてよく、時系列データは、NT秒に等しいあいまいでないレンジ間隔にわたってシステムによって受信されたエコーのスペクトル表現に処理するためにシグナルプロセッサに送信される。
【０１６０】
レンジ間隔[1,N]および周波数間隔[0,PRF]でのターゲットエコーの分配のそのようなスペクトル表現は、広いまたはドップラー偏移エコーが他のエコースペクトルと重なり合い、それらのエコーに割り当てるレンジおよびドップラー偏移に関してあいまいさを引き起こす場合を含み得る可能性が高いことがあるので、方法および装置は、Mの異なる値に対するスペクトルの追加のセットを取得することによって、Mの異なる値を有する複数の送信周波数を使用することによって時間的に順次または同時のいずれかで、および/または直交送信機偏波における伝送を使用することによって最大N-1回までの並べ替えで周波数間隔[0,PRF]上で[1,N]レンジゲートの順序を変更するための方法のパワーを利用することができ、その際に、N、a、およびbの値は一定に保持される。
【０１６１】
そのように生成された各複素データ系列は、ターゲットエコーのレンジ分配およびそのようなエコーのスペクトル特性に関する必要な情報を抽出するための様々な方法によって処理されるものとしてよく、その例示的な処理はターゲットのグループ上の1つの滞留時間を表す1つまたは複数の複素データセットの各々に対する高分解能複素スペクトルの生成から始まり、そのような高分解能スペクトルは拡張複素時系列のフーリエ変換を通じて都合よく生成され、時系列は所望の分析に必要なダイナミックレンジおよびスペクトル分解能に適切である、チェビシェフ窓などの窓関数によって加重される。
【０１６２】
そのような複素スペクトルは、与えられたスペクトルに対する送信エネルギーが一定周波数パルスからなるので、点および広がりのあるものの両方のすべてのタイプのターゲットを表すものとしてよく、エコーのスペクトル特性が与えられた場合に可能な程度までコヒーレントにそのようなターゲットを積分することができる。これから、複素スペクトルは、さらなるデータセット、すなわち、複素スペクトルの大きさの平方に等しい、パワースペクトル、1つのレンジゲートに対するスペクトル特徴を含むパワースペクトルの窓付きセグメントのフーリエ変換に等しい、自己共分散関数、複素スペクトルの窓付きセグメントの逆フーリエ変換からの単一のレンジ間隔に対する時系列から、またはこれらとともに取得されるものとしてよく、そのデータセットは、各レンジ間隔でエコーのスペクトルを特徴付けるための様々な方法で使用され得る。
【０１６３】
各レンジ間隔rにおけるエコースペクトルがPRF Hzを法とするMr/NTに等しい、それぞれのレンジゲートrに対する公称中心周波数を中心とする、幅1/NT Hzの周波数間隔内の特徴に制限される場合、レンジのあいまいさはなく、すべてのスペクトルは、Mの単一の値からのデータを使用する、各単一のゲートに対する復元された時系列のパルスペア処理などの方法によりエコー強度、中心周波数、スペクトル幅、または他の特性によって特徴付けられ得る。エコースペクトルが、適度の量だけそのような制限を超えるときに、+1および-1などのMの2つの値は、レンジあいまいさを解決するために必要であり、これら2つの値は、2つの場合に異なる符号を有する位相シーケンスによって行われる周波数変換に関してドップラー偏移を処理し、あいまいさの解決を可能にする。異なるレンジに対するエコースペクトルが、広いスペクトル幅または大きいドップラー偏移のせいでスペクトル内の1つまたは複数の点で互いに重なり合う場合、重ね合わせがないただ1つのスペクトル表現はエコーを特徴付けるために必要なので、Mの様々な値を使用することで、著しいエコーエネルギーを有するレンジ間隔の数に依存する程度まで、レンジゲートのスペクトル順序の順序変更を通じてそのような重ね合わせを解決することができ、スペクトルのセグメントへの複数のガウス曲線または放物線の最小二乗当てはめなどの他の技術も使用され得る。
【０１６４】
非常に大きいドップラー偏移、または非常に広いスペクトルがある場合、Mの様々な値に対するスペクトルは、特定のレンジ間隔rについて重ね合わされるものとしてよく、各々そのレンジ間隔に対するゼロドップラー速度でマッチするように調整され、スペクトルの集合体の最小は、最小関数による計算可能な量によってエネルギーがわずかに低くバイアスされているスペクトルの形態でそのレンジ間隔からの寄与があるエネルギーを識別し、この場合、r以外のレンジからのエコースペクトルの偶然の重ね合わせにより、誤認警報ピークが見つかる可能性があり、その確率はMのより多くの数の値を使用することによって下げられるか、または著しいエコーを有するレンジ間隔の高いパーセンテージおよび/またはピークに対するドップラー偏移の広い探索窓により高められ、エコーのないレンジの知られている領域が、誤認警報の存在しないことを改善(または保証)するMの組合せを設計するために使用され得る。
【０１６５】
時間間隔Tは、約t秒の受信間隔がただ1つある可能性があり、その間隔内で時間tは30%などの間隔全体Tの有意な割合であり、それによりエコー測位システム送信機のデューティサイクルが非常に高くなるようなパルス幅tに関する長さを有するものとしてよい。時間間隔Tは、各パルスが送信された後の約t秒の複数の受信間隔を許容する十分に長い間隔であるものとしてよく、各そのような部分間隔の受信された時系列は上で説明されているのと同じ方式で別々に処理され、そのような動作は約30%のデューティサイクルが可能でない送信機にとって都合がよい。
【０１６６】
送信機および受信機は、バイスタティックまたはマルチスタティック構成を使用することなどによって分離されるか、または他の何らかの形で孤立させられるものとしてよく、それにより、送信機は連続的に動作可能であり、位相変調された送信パルスシーケンスは長さt秒の連続パルス、または整形パルスの場合にはわずかに重なり合うパルスを含み、受信機受信周期は約t秒の長さの連続周期を含み、そのような動作は100%の送信機デューティサイクルを発生する。
【０１６７】
このモードは、衛星などの、非常に長いレンジでターゲットに対してわずかに修正されるものとしてよく、注目していない局部エコーの後には、ターゲットからの第1のエコーが到来するまでエコーなしの長いレンジ間隔が続き、送信機は、局部エコーを除去するのに十分なターゲットからのエコーの到来の前のある時間までの間隔に対して連続的に、説明されたばかりのモードにおいて連続パルスで動作し、その後、伝送間隔の長さに等しい受信間隔が続く。
【０１６８】
送信される波エネルギーは、電磁波を含むものとしてよく、波長がなんであれ、コヒーレント波、またはコヒーレント波で変調された非コヒーレント波のいずれかを使用する。
【０１６９】
上記の説明から、システムおよび/またはコンピュータ製品によって提供される方法は、(a)時間的に順次、(b)直交偏波を使用して同時に、(c)別々に位相変調された多重周波数搬送波の使用を通じて同時に、または(d)前記の任意の組合せによって、定数Mの2つまたはそれ以上の値に対してN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するステップを含み得ることが理解されるべきである。
【０１７０】
いくつかの実施形態において、送信されたパルスごとにただ1つの受信部分間隔レンジゲートがあり得、エコーエネルギーを受信するステップは、すべてのレンジからのすべてのエコーエネルギーを受信するステップを含み、方法は、ただ1つの時系列およびスペクトルを生成するステップをさらに含み得る。
【０１７１】
いくつかの実施形態において、送信されたパルスごとに2つまたはそれ以上の受信部分間隔レンジゲートがあり得、受信されたエコーエネルギーの位相変調は、2つまたはそれ以上のレンジゲートにおけるエネルギーに別々に適用されるものとしてよく、方法は、2つまたはそれ以上の時系列およびスペクトルを生成するステップをさらに含み得る。
【０１７２】
いくつかの実施形態において、tはTに等しいものとしてよく、これは100%デューティサイクルの連続パルスの場合であってよく、方法は、生成されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを送信するステップをさらに含み得る。送信するステップにおいて、方法は、物理的分離および電磁的孤立の一方または両方を通じて送信機信号から孤立している受信機による送信されたエネルギーを反射する物体からのエコーエネルギーを受信するステップを含み得る。
【０１７３】
いくつかの実施形態において、N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するステップは、送信機によって実行されるものとしてよく、方法は、モノスタティック動作では送信機と同一の場所にある受信機による送信されたエネルギーを反射する物体からのエコーエネルギーを受信するステップをさらに含み得る。
【０１７４】
いくつかの実施形態において、N個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを生成するステップは、1つまたは複数の送信機がN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを連続的に送信することによって実行されるものとしてよく、方法は、バイスタティックまたはマルチスタティック動作では1つまたは複数のリモート受信機による送信されたエネルギーを反射する物体からのエコーエネルギーを受信するステップをさらに含み得る。
【０１７５】
いくつかの実施形態において、方法は、生成されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを、可聴波、電波、光波、または他の波長で電磁波として、音波として、または振動波として送信するステップをさらに含み得る。
【０１７６】
いくつかの実施形態において、方法は、生成されたN個の一定周波数パルスの繰り返しシーケンスを、位相変調されたコヒーレント波として、または位相変調されたコヒーレント波によって変調された非コヒーレント波搬送波として送信するステップをさらに含み得る。
【０１７７】
図24は、シグナルプロセッサ119および/またはシグナルプロセッサ512の例示的な実施形態が実装され得るエコーレンジングシステムの信号処理システムのデータ処理システム2400を示している。データ処理システム2400は、通信フレームワーク2402を備え得る。通信フレームワーク2402は、エコーレンジングシステムの信号処理システムのプロセッサユニット2404、メモリ2406、永続的記憶装置2408、通信ユニット2410、入出力(I/O)ユニット2412、およびディスプレイ2414の間の通信を提供するものとしてよい。メモリ2406、永続的記憶装置2408、通信ユニット2410、入出力(I/O)ユニット2412、およびディスプレイ2414は、通信フレームワーク2402を介してプロセッサユニット2404によってアクセス可能なリソースの例である。
【０１７８】
プロセッサユニット2404は、永続的記憶装置2408などの記憶装置デバイスから、メモリ2406にロードされ得るソフトウェアの命令を実行することができる。プロセッサユニット2404は、特定の実装に応じて、多数のプロセッサ、マルチプロセッサコア、または他の何らかのタイプのプロセッサであってよい。さらに、プロセッサユニット2404は、メインプロセッサがシングルチップ上の二次プロセッサと一緒に存在し得る多数の異種プロセッサシステムを使用して実装され得る。別の説明に役立つ例として、プロセッサユニット2404は、同じタイプの複数のプロセッサを含む対称型マルチプロセッサシステムであってもよい。
【０１７９】
メモリ2406および永続的記憶装置2408は、記憶装置デバイス2416の例である。記憶装置デバイスは、たとえば、限定することなく、データ、関数形態のプログラムコード、および一時的もしくは永続的な他の好適な情報などの、情報を記憶することができる任意のハードウェア物品である。
【０１８０】
記憶装置デバイス2416は、また、これらの例におけるコンピュータ可読記憶装置デバイスとも称され得る。これらの例におけるメモリ2406は、たとえば、ランダムアクセスメモリまたは任意の他の好適な揮発性または不揮発性記憶装置デバイスであってもよい。永続的記憶装置208は、特定の実装に応じて、様々な形態を取り得る。
【０１８１】
たとえば、永続的記憶装置2408は、1つまたは複数のコンポーネントもしくはデバイスを含み得る。たとえば、永続的記憶装置2408は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書換型光ディスク、書換型磁気テープ、または上記の何らかの組合せであってよい。永続的記憶装置2408によって使用される媒体または記憶媒体が収容されるデバイスは、取り外し可能であってもよい。たとえば、取り外し可能光ディスクまたは取り外し可能フラッシュドライブは、コンピュータ可読記憶媒体に使用され得るか、または取り外し可能ハードドライブは、永続的記憶装置2408に使用され得る。
【０１８２】
これらの例における通信ユニット2410は、他のデータ処理システムまたはデバイスとの通信を行うことができる。これらの例では、通信ユニット2410は、ネットワークインターフェースカードであってよい。通信ユニット2410は、物理的およびワイヤレス通信リンクのいずれかまたは両方の使用により通信を可能にし得る。
【０１８３】
入出力(I/O)ユニット2412は、データ処理システム2400に接続され得る他のデバイスとのデータの入力および出力を行えるようにするものとしてよい。たとえば、入出力(I/O)ユニット2412は、キーボード、マウス、および/または他の何らかの好適な入力デバイスを通じてユーザ入力のための接続を行うことができる。さらに、入出力(I/O)ユニット2412は、出力をプリンタに送信することができる。ディスプレイ2414は、情報をユーザに表示するためのメカニズムを提供し得る。
【０１８４】
オペレーティングシステム、アプリケーション、および/またはプログラムのための命令は、通信フレームワーク2402を通じてプロセッサユニット2404と通信することができる、記憶装置デバイス2416内に配置されるものとしてよい。これらの説明に役立つ例において、命令は、永続的記憶装置2408上で関数形態を取り得る。これらの命令は、プロセッサユニット2404による実行のためにメモリ2406内にロードされ得る。異なる実施形態のプロセスは、メモリ2406などのメモリ内に配置され得るか、または永続的記憶装置デバイスからメモリに転送され得る、コンピュータ実装命令を使用するプロセッサユニット2404によって実行されるものとしてよい。
【０１８５】
これらの命令は、プロセッサユニット2404内のプロセッサによって読み出され、実行され得るプログラム命令、プログラムコード、コンピュータ使用可能プログラムコード、またはコンピュータ可読プログラムコードと称され得る。異なる実施形態におけるプログラムコードは、メモリ2406または永続的記憶装置2408の媒体などの、異なる物理的またはコンピュータ可読記憶媒体上に具現化され得る。
【０１８６】
プログラムコード2418は、選択的に取り外し可能であり、プロセッサユニット2404による実行のためにデータ処理システム2400上にロードされるか、または転送され得るコンピュータ可読媒体2420上の関数形態で配置され得る。プログラムコード2418およびコンピュータ可読媒体2420は、これらの例においてコンピュータプログラム製品2422を形成し得る。一例において、コンピュータ可読媒体2420は、コンピュータ可読記憶媒体2424またはコンピュータ可読信号媒体2426であってよい。
【０１８７】
コンピュータ可読記憶媒体2424は、たとえば、永続的記憶装置2408の一部である、ハードドライブなどの記憶装置デバイス上に転送するために永続的記憶装置2408の一部であるドライブまたは他のデバイス内に挿入されるか、または置かれる光または磁気ディスクを含み得る。コンピュータ可読記憶媒体2424は、また、データ処理システム2400に接続されたハードドライブ、サムドライブ、またはフラッシュメモリなどの記憶媒体を含む永続的記憶装置デバイスの形態を取り得る。いくつかの事例では、コンピュータ可読記憶媒体2424は、データ処理システム2400から取り外し可能でなくてもよい。
【０１８８】
これらの例では、コンピュータ可読記憶媒体2424は、プログラムコード2418を伝搬するか、または送信する媒体ではなくプログラムコード2418を記憶するために使用される物理的または有形の記憶装置デバイスであってもよい。コンピュータ可読記憶媒体2424は、コンピュータ可読有形記憶装置デバイスまたはコンピュータ可読物理的記憶装置デバイスとも称され得る。言い換えれば、コンピュータ可読記憶媒体2424は、人が触れることができる媒体であり得る。
【０１８９】
代替的に、プログラムコード2418は、コンピュータ可読信号媒体2426を使用してデータ処理システム2400に転送され得る。コンピュータ可読信号媒体2426は、たとえば、プログラムコード2418を収容する伝搬されるデータ信号であってよい。たとえば、コンピュータ可読信号媒体2426は、電磁信号、光信号、電圧信号、および/または任意の他の好適なタイプの信号であってよい。これらの信号は、ワイヤレス通信リンク、光ファイバケーブル、同軸ケーブル、電線、および/または任意の他の好適なタイプの通信リンクなどの、通信リンク上で送信され得る。言い換えれば、通信リンクおよび/または接続は、説明に役立つ例において物理的構造またはワイヤレスであってよい。
【０１９０】
いくつかの例示的な実施形態において、プログラムコード2418は、データ処理システム2400内で使用するためにコンピュータ可読信号媒体2426を通じて別のデバイスまたはデータ処理システムから永続的記憶装置2408にネットワークでダウンロードされ得る。たとえば、サーバデータ処理システム内のコンピュータ可読記憶媒体に記憶されているプログラムコードは、サーバからデータ処理システム2400にネットワークでダウンロードされ得る。プログラムコード2418を提供するデータ処理システムは、サーバコンピュータ、クライアントコンピュータ、またはプログラムコード2418を記憶し、送信することができる他の何らかのデバイスであってよい。
【０１９１】
データ処理システム2400用の例示されている異なるコンポーネントは、異なる実施形態が実装され得る方式にアーキテクチャ上の制限を課すことを意図されていない。異なる例示的な実施形態は、データ処理システム2400用に例示されているものに加えた、および/またはその代わりのコンポーネントを含むデータ処理システムで実装され得る。図24に示されている他のコンポーネントは、図示されている説明に役立つ例と異なり得る。異なる実施形態は、プログラムコードを実行することができる任意のハードウェアデバイスまたはシステムを使用して実装され得る。一例として、データ処理システム2400は、無機コンポーネントと一体化された有機コンポーネントを備え、および/または全体が人間を除く有機コンポーネントからなるものとしてよい。たとえば、記憶装置デバイスは、有機半導体からなるものとしてよい。
【０１９２】
別の説明に役立つ例において、プロセッサユニット2404は、ファームウェアなどの、特定の用途向けに製造されるか、または構成されている回路を有するハードウェアユニットの形態を取り得る。このタイプのハードウェアは、記憶装置デバイスからメモリ内にロードされ、演算を実行するように構成されるプログラムコードを必要とせずに演算を実行し得る。
【０１９３】
たとえば、プロセッサユニット2404が、ハードウェアユニットの形態を取る場合、プロセッサユニット2404は、回路システム、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラム可能論理デバイス、または多数の演算を実行するように構成されている他の何らかの好適なタイプのハードウェアであってよい。プログラム可能論理デバイスでは、デバイスは、多数の演算を実行するように構成され得る。デバイスは、後で再構成され得るか、または多数の演算を実行するように永久的に構成され得る。プログラム可能論理デバイスの例は、たとえば、プログラマブルロジックアレイ、フィールドプログラマブルロジックアレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、および他の好適なハードウェアデバイスを含む。このタイプの実装では、異なる実施形態に対するプロセスは、ハードウェアユニットで実装され得るので、プログラムコード2418は省いてもよい。
【０１９４】
さらに別の説明に役立つ例において、プロセッサユニット2404は、コンピュータおよびハードウェアユニットに見られるプロセッサの組合せを使用して実装され得る。プロセッサユニット2404は、多数のハードウェアユニットおよびプログラムコード2418を実行するように構成されている多数のプロセッサを有するものとしてよい。この示されている例では、プロセスのうちのいくつかは、多数のハードウェアユニットで実装され得るが、他のプロセスは、多数のプロセッサで実装され得る。
【０１９５】
別の例では、通信フレームワーク2402を実装するためにバスシステムが使用されるものとしてよく、これはシステムバスまたは入出力バスなどの、1つまたは複数のバスからなるものとしてよい。もちろん、バスシステムは、バスシステムに取り付けられた異なるコンポーネントまたはデバイスの間でデータの転送を行う任意の好適なタイプのアーキテクチャを使用して実装され得る。
【０１９６】
それに加えて、通信ユニット2410は、データを送信し、データを受信し、またはデータの送信および受信の両方を行う多数のデバイスを備え得る。通信ユニット2410は、たとえば、モデムもしくはネットワークアダプタ、2つのネットワークアダプタ、またはこれらの何らかの組合せであってよい。さらに、メモリは、たとえば、メモリ2406、または通信フレームワーク2402内に存在し得るインターフェースおよびメモリコントローラハブに見られるようなキャッシュであってよい。
【符号の説明】
【０１９７】
100  エコーレンジングシステム
101  送信機
102  受信機
103  中間周波数(IF)シーケンスジェネレータ
105  ミキサー
106  搬送波発生器(または搬送波周波数発振器)
107  スプリッタ
108  フィルタ
109  増幅器
110  トランスデューサ
113  トランスデューサ
114  増幅器
115  フィルタ
116  ミキサー
117  IFフィルタ
118  変調器
119  シグナルプロセッサ
120  信号処理システム
121  送信媒体
122  物体
500  レーダーシステム
501  IF波形発生器
502  RF局部発振器
503  ミキサー
504  RFフィルタ
505  無線周波数(RF)増幅器
506  サーキュレータ
507  指向性カプラ
508  アンテナ
509  低雑音増幅器(LNA)
510  ミキサー
511  (複数の)IFデジタル受信機
512  デジタルシグナルプロセッサ
513  ミキサー
514  IFデジタル受信機
516  送信パルス
518  伝送媒体
520  反射ターゲット
522  受信パルス
524  RF波形発生器
526  高直線性受動合成器
601  波形シンセサイザ
602  プリディストーション計算ユニット
603  直交デジタル/アナログ(D/A)コンバータ
604  単側波帯(SSB)直交アップコンバータミキサー
605  直交IF局部発振器
606  IFフィルタ
700  IFデジタル受信機
701  IFフィルタ
702  高速A/Dコンバータ
703，703-1，703-2，703-k  デジタルIFフィルタ
704，704-1，704-2，704-k  複素デシメーション素子
705  チャネルごとの位相制御モジュール
2400  データ処理システム
2402  通信フレームワーク
2404  プロセッサユニット
2406  メモリ
2408  永続的記憶装置
2410  通信ユニット
2412  入出力(I/O)ユニット
2414  ディスプレイ
2416  記憶装置デバイス
2418  プログラムコード
2420  コンピュータ可読媒体
2422  コンピュータプログラム製品
2424  コンピュータ可読記憶媒体
2426  コンピュータ可読信号媒体
【図１】
2017524927.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017524927.tif 000007
【図６】
2017524927.tif 000008
【図７】
2017524927.tif 000009
【図８】
2017524927.tif 000010
【図９】
2017524927.tif 000011
【図１０】
2017524927.tif 000012
【図１１】
2017524927.tif 000013
【図１２】
2017524927.tif 000014
【図１３】
2017524927.tif 000015
【図１４】
2017524927.tif 000016
【図１５】
2017524927.tif 000017
【図１６】
2017524927.tif 000018
【図１７】
2017524927.tif 000019
【図１８】
2017524927.tif 000020
【図１９】
2017524927.tif 000021
【図２０】
2017524927.tif 000022
【図２１】
2017524927.tif 000023
【図２２】
2017524927.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
2017524927.tif 000027
2017524927.tif 000028