CN101297216A

CN101297216A - 物体检测

Info

Publication number: CN101297216A
Application number: CNA2006800396816A
Authority: CN
Inventors: 维斯瓦夫·耶日·绍纳斯克
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Information Technology Corp
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2026-10-23
Also published as: DE602005021504D1; JP2009512867A; CN101297216B; JP5191899B2; EP1777546B1; US20090212998A1; US8154436B2; EP1777546A1; WO2007049014A1

Abstract

通过产生具有不规则状态序列的m值母信号来检测物体。每次转变导致根据转变类型编码的脉冲的发射。使用母信号的延迟的基准版本来处理反射的脉冲。根据反射脉冲与基准信号中的转变的符合程度来确定物体在对应于所述延迟的范围中的存在性。在一个方面中，在相对于理想规则时钟脉冲的变化时间偏移处发生母信号的状态之间的转变。在另一方面中，所述物体检测系统在抑制脉冲发射的同时操作，并且如果获得了显著的输出，则变更被发射信号的参数。

Description

物体检测

技术领域

本发明涉及用于产生和处理例如在诸如多用户有源传感器系统的物体检测系统中(具体而不排他地在被设计为执行障碍检测和/或碰撞避免功能的机动车雷达系统中)用作轮询波形的脉冲群的方法和装置。

背景技术

一种障碍检测/碰撞避免机动车系统的重要类型采用短电磁能脉冲来轮询关注检测区域。然后，通过恰当地处理系统视场中的各种物体向后散射的能量来确定在预定范围内是否存在障碍。

图1是使用短电磁能脉冲的常规障碍检测系统的框图。该系统包括以持续时间T_P和重复周期T_REP重复产生脉冲的脉冲发生器PGR。脉冲持续时间T_P被选择为提供所需的范围分辨力cT_P/2，其中c是光速；系统的无模糊范围(unambiguous range)等于cT_REP/2。

图1的系统还包括产生具有所需载波频率的正弦信号的振荡器OSC、以开-关方式调制载波信号的脉冲调制器PMD、把经脉冲调制的载波信号放大到所需电平的功率放大器PAM、向障碍物OBS辐射电磁能脉冲的发射元件TEL、接收障碍物OBS反射回的电磁脉冲的合适接收传感器REL、放大由接收传感器REL提供的信号的输入放大器IAM、采用合适信号处理来对接收的脉冲进行整形的信号调节单元SCU，以及脉冲符合度相关器PCC，该脉冲符合度相关器PCC联合处理发生器PGR提供的延迟基准脉冲s(t)和信号调节单元SCU提供的重构脉冲r(t)，以获得依赖于接收的脉冲r(t)与基准脉冲s(t)的符合程度的输出值，因而提供关于在与施加给基准脉冲s(t)的延迟对应的预定范围内是否存在障碍物的判定DEC。可以对于其他延迟值重复该操作。

已知当轮询波形的平均功率增大时能够显著地提高物体检测能力。

在具有预定持续时间和受限峰值功率的电磁脉冲的情况下，只有在用形式为包括不等间隔(交错)脉冲的专门构造的复合脉冲群的轮询信号代替了基本周期脉冲群时，才能实现这一点。在基本脉冲群在每个周期采用仅一个脉冲时，在复合脉冲群的一个周期中出现的脉冲数可以远大于1。然而，为了使系统保持相同的无模糊范围，复成脉冲群的自相关函数必须其周期出现的峰值之间呈现低值。

本领域技术人员公知的是，发展了各种技术用于构造具有良好自相关属性的脉冲序列(例如，参见P.Fan and M.Darnell，Sequence Design forCommunications Applications.Wiley，1996)。

在多用户环境中，多个有源传感器系统可以同时和不同时地发射它们自己的轮询脉冲群，从而每一个系统不仅必须识别和检测针对它自己发射的脉冲的响应，而且必须能够在存在所有其他系统发射的脉冲群时完成这种识别和检测。例如，在机动车应用中，很多相似的障碍检测系统应当能够在同一区域操作，而且还能够共享同一频带。为避免相互干扰，每个传感器系统应使用优选地与所有其他系统采用的脉冲群不相关的独特脉冲群。然而，因为不能预测很多相似的系统中的哪一个将在特定区域中操作，所以为它们中的每一个分配独特的脉冲群是不切实际的。

通过在脉冲群产生处理中以明智的方式使用某种随机或伪随机机制，能够至少部分地解决根据少数基本“模板”脉冲群构造大复合脉冲群集合的问题。例如，EP-A1-1330031和WO-A1-2005/006014公开了使用各种随机机制来产生非常适于多用户应用的大复合脉冲群集合的方法。此处通过引用并入这些专利申请的内容。(此后，术语“随机”(只要语境允许且无限制)不仅旨在包括纯粹随机的、非确定性地产生的信号，还包括伪随机和/或确定性信号，如设有在现有技术中使用的具有反馈电路以产生伪随机二值信号和无序信号的移位寄存器结构的输出)。

根据上述专利申请中公开的方法，复合脉冲群由母脉冲包序列组成，每个母脉冲包是从预定的合适构造的具有预定属性的母脉冲包的集合中随机抽取的。因此，尽管每个用户在其配置中可以具有相同的母脉冲包集合，但每个用户发射的复合脉冲群是独特的，它们以随机的方式组合。

某些障碍检测/碰撞避免机动车系统发射的短电磁脉冲可以具有相同的持续时间和振幅，不过仍能基于这些脉冲的载波频率、相位、偏振，或者在无载波超宽带(UWB)系统的情况下基于其极性，来区分它们。

本领域技术人员公知的是，一类障碍检测/碰撞避免系统采用通过对伪随机二值序列进行合适编码而获得的脉冲群(例如，参见R.C.Dixon，Spread Spectrum Systems with Commercial Applications.Wiley，1994)。在图2中示出了一种用于UWB系统的这样的现有技术构造；可以看出，基本伪随机二值序列的每个二值符号由脉冲“对”或它的极性颠倒的副本表示。美国专利No.6,693,582中公开的另一种技术利用了幅移键控和相移键控两者来提供伪随机二值序列在机动车雷达系统中的改进利用。此处通过引用并入美国专利No.6,693,582的内容。

希望提供一种改进的用于产生和处理脉冲(尤其是适于由被设计成在多用户环境中执行障碍检测和/或碰撞避免功能的有源传感器系统使用的脉冲)群的方法。

发明内容

本发明的方面在所附权利要求中提出。

根据本发明的第一附加和独立方面，周期模板二值波形的数字发生器由脉冲间间隔以伪随机循环方式变化的时钟脉冲驱动，以产生在抖动(“随机化”)时刻发生电平转变的输出二值波形，在每个所述时刻，产生脉冲，例如被称为滴答的短瞬态信号，所述脉冲的特性依赖于转变类型。这样产生的用于测距的滴答序列的片段的持续时间是模板波形的周期和为时钟扩展而使用的伪随机信号的循环的预定函数。

使用这种技术，可以提供用于编码伪随机二值序列以获得用于测距应用的多个脉冲群的改进方法。

模板二值波形b(t)可以由数字二值波形发生器响应于具有恒定周期T_c的时钟脉冲而产生；特定模板波形可以选自形成模板二值波形库的多个这样的波形{b(t)}。

优选的是，每个周期性模板二值波形b(t)的自相关函数将在主相关峰之外呈现相对低的值，使得波形b(t)适于测距应用。优选的是，例如，作为采用合适的伪随机信号的结果，时钟脉冲的周期是一致分布的。

因为驱动数字二值波形发生器的时钟脉冲已经以伪随机的方式扩展它们的周期，所以在发生器的输出获得的二值波形z(t)在“随机化”的时刻在其两个电平低和高之间切换。

优选的是，在每个这种切换时刻，将产生以下两个滴答中的一个：

-滴答C_LH(t)，表示“低-高”(LH)电平转变；

-滴答C_HL(t)，表示“高-低”(HL)电平转变。

为了“低-高”(LH)和“高-低”(HL)电平转变之间的最佳区分，表示转变的两个滴答C_LH(t)和C_HL(t)将优选地具有相同的持续时间和能量，然而它们将是独特的。能够通过适当采用滴答的附加可测量参数(如载波频率，或者在UWB系统的情况下，极性)完成这一点。

能够附加地或备选地使用诸如相位或偏振的相干电磁辐射的其他参数，但是它们可能仅在相对简单的障碍检测系统中具有有限的实用性。而且，当在障碍和传感器之间存在相对移动时，使用相位作为区分参数将可能由于多普勒效应导致检测性能的显著劣化。

根据本发明的第二附加和独立方面，提供一种用于感测周围电磁环境并自适应地选择轮询脉冲群的结构的方法，其确保在所述区域中存在工作的其他用户发射的干扰脉冲时得到改善的障碍检测。

能够通过在抑制检测系统自身的轮询脉冲的发射的同时操作检测电路完成本发明的这一方面。如果作为从其他系统接收脉冲的结果是获得了显著的输出响应，则可以变更轮询脉冲群的结构。该步骤能够重复，直到接收到低输出为止，随后能够发射系统自身的轮询脉冲。

上面提出的本发明的第一和第二附加方面能够彼此独立地使用，尽管本发明的尤其优选的实施方式组合使用了这两个方面。

尽管将主要就每个脉冲被编码以表示可能的两类状态转变中的相应一个的二值系统来描述本发明，但本发明一般可应用于脉冲优选地被编码以表示可能的m(m-1)类状态转变的m值的系统。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式来描述实现本发明的结构。

图1是使用短电磁能脉冲的常规障碍检测系统的框图(现有技术)。

图2示意性地示出了用脉冲“对”表示伪随机二值序列的二值符号的现有技术方法(现有技术)。

图3是根据本发明的能够产生相反滴答(antithetic clicks)序列的可编程滴答发生器的框图。

图4中的a)示出了模板二值波形b(t)的示例。

图4中的b)示出了具有“随机化”的电平转变的二值波形z(t)，该二值波形z(t)源于图4中的a)的模板二值波形b(t)。

图4中的c)象征性地示出了由图4中的b)的波形z(t)的电平转变产生的交变相反滴答序列c(t)。

图5中的a)示出了通过具有不同载波频率值的两个短脉冲表示相反滴答的示例。

图5中的b)示出了通过适于UWB系统的极性相反的两个“墨西哥帽”状脉冲表示相反滴答的示例。

图6示出了具有一致扩展的时钟脉冲间间隔的直方图的示例。

图7象征性地示出了从模板二值波形b(t)产生相反滴答序列c(t)的两种等效方法。

图8中的a)示出了用作模板二值波形b(t)的伪随机二值信号的自相关函数R_bb(τ)的主要部分。

图8中的b)示出了图8中的a)所示的模板二值波形b(t)的时间导数p(t)的归一化自相关函数R_pp(τ)的形状。

图8中的c)示出了具有“随机化”位置的脉冲序列q(t)的归一化自相关函数R_qq(τ)。

图8中的d)示出了从扩展周期时钟脉冲驱动的伪随机二值信号(prbs)发生器获得的双极脉冲滴答序列c(t)的归一化自相关函数R_cc(τ)。

图9是可以合并到图3的可编程滴答发生器中的伪随机二值信号发生器的实际实施的框图。

图10列出了确定特定模板二值波形b(t)的形式的16个4变量逻辑函数。

图11示出了伪随机二值信号(prbs)的经验自相关函数R_bb(τ)的主要三角形部分。

图12中的a)示出了使用图11中所示的自相关函数R_bb(τ)在伪随机二值信号(prbs)的电平转变时产生的短双极脉冲序列p_o(t)的经验归一化自相关函数R_pp(τ)。

图12中的b)示出了通过使用扩展周期时钟“随机化”滴答在序列p_o(t)中的位置获得的滴答序列c(t)的经验归一化自相关函数R_cc(τ)。

图13是被配置成根据本发明进行操作的自适应多用户障碍检测系统的框图。

图14示意性地示出了使用具有6个不同载波频率的脉冲来对三值波形的三个独特状态之间的转变进行编码的方法。

图15是根据本发明的另一多用户系统障碍检测系统的框图。

图16是适用于根据本发明的装置的可变时钟发生器的框图。

图17是基于“8后问题(8non-attacking Queens)”模式的8×8输入-输出连接矩阵的示例。

图18示出了列1和10被“取消选定”的10×8输入-输出连接矩阵的示例。

具体实施方式

图15示出了根据本发明的多用户障碍检测系统的框图。该系统类似于图1的系统，除了如下所述之外，相似的部分标以相似的标号。

代替了图1的脉冲发生器PCG，图15的系统具有可编程滴答发生器PCG和控制器CTR。

图3是可编程滴答发生器PCG的框图，该可编程滴答发生器PCG能够产生脉冲序列，每个被编码以呈现一个二值波形的状态转变的脉冲具有不规则的状态序列。优选的是，所述脉冲采用滴答的形式。下面，表示两类转变的两个独特滴答将被称为相反滴答。

图3的可编程滴答发生器PCG包括数字二值波形发生器DWG、扩展周期时钟发生器SPC、电平转变检测器LTD、两个滴答产生电路LHC和HLC以及滴答组合器CBR。

通过向发生器DWG的“模板选择”输入TS施加合适的信号，控制器CTR(见图15)能够从预定模板库中选择特定的模板二值波形b(t)。每个模板二值波形基于具有窄自相关函数的序列，且优选地使用伪随机序列发生器而产生。通过扩展周期时钟发生器SPC提供的时钟脉冲经由输入CK来驱动发生器DWG。

响应于在输入CK处出现的时钟脉冲，发生器DWG在输出RW处产生在“随机化”定时进行电平转变的二值波形z(t)。可选的是，可把波形z(t)看成是对模板二值波形b(t)进行“随机化”时间缩放的结果。优选地使用伪随机数发生器来实现时间周期的随机化，以获得脉冲间间隔在预定上限和下限之间的(优选地一致的)期望分布。

从发生器DWG获得的二值波形z(t)被施加给电平转变检测器LTD，该电平转变检测器LTD的两个输出LH和HL分别驱动两个滴答产生电路LHC和HLC。在滴答组合器CBR中对交变输出的滴答C_LH(t)和C_HL(t)进行组合，以在输出AC处产生所得的相反滴答序列c(t)。

因而，在图3的结构中，模板二值波形b(t)被设置成产生由具有抖动的脉冲间间隔的时钟脉冲的统计特性主导的包括在“随机化”时间{t_m}出现的交变相反滴答序列c(t)：

......，C_LH(t_m-1)，C_HL(t_m)，C_LH(t_m+1)，C_HL(t_m+2)，......。

应当注意，单个模板二值波形b(t)能够给出多个不同的相反滴答序列{c(t)}，每个这种序列源于不同扩展的时钟脉冲。应当清楚，能够变更各种参数以改变滴答序列形成的轮询信号的特性，包括所选的模板序列，变化的脉冲间间隔的序列以及脉冲间间隔的平均值。

图4中的a)、b)和c)分别示出了以下示例：模板二值波形b(t)，具有“随机化”电平转变的对应二值波形z(t)，以及由冲击脉冲象征性地表示的所得的交变相反滴答序列c(t)。

图5中的a)和b)分别示出了以下示例：把编码的相反滴答表示为具有不同载波频率值的两个短脉冲，以及把编码的相反滴答表示为非常适于UWB系统的极性相反的两个“墨西哥帽”形冲击脉冲。

扩展周期时钟发生器SPC循环操作，且优选地在每个完整的循环中执行下面的功能：

1、以如下方式产生规定数目J个时钟脉冲，既，每个脉冲间间隔值仅出现一次，最短间隔值T_min和最长间隔值T_max是预定的，间隔值的次序看上去是随机的，且间隔值在它们的极值T_min和T_max之间的分布是一致的；

2、响应于外部信号AS，调整脉冲间间隔的平均值；

3、响应于外部信号OS，调整各脉冲间间隔值出现的次序(排列)。

接下来的示例1将有助于理解扩展周期时钟发生器SPC产生的时钟脉冲序列的特性。

示例1

假设在单个循环出现的时钟脉冲的数目J等于30，且脉冲间间隔的最小值和最大值分别为T_min＝40ns和T_max＝185ns。因为每个脉冲间间隔值精确地出现一次，所以间隔值的直方图将具有图6所示的形式。可以看出，脉冲间间隔的持续时间以5ns的步长增加。

在这种情况下，脉冲间间隔的平均值等于112.5ns，但是，例如，通过改变脉冲间间隔的最小值T_min，可以容易地改变脉冲间间隔的平均值。通过向扩展周期时钟发生器的输入AS施加合适的信号，可以实现这一点。

尽管不同脉冲间间隔值出现的次序不能改变直方图形状，却能使所得的相反滴答序列在统计上独特，尤其当例如逐周期地执行间隔值的排列时。通过向扩展周期时钟发生器的输入OS施加合适的信号，可以实现所述间隔排列。

图16是能够在图3的结构中使用的扩展周期时钟发生器SPC(这里也被称为可变时钟发生器)的框图。通过设计，该发生器以这样的方式产生脉冲间隔分布一致的时钟脉冲，其中在每个测量循环中，每个间隔值与任何其他值精确地出现相同的次数。然而，在每次测量循环中，由于结合到设计中的排列机制，所有的值可以以不同次序出现。该发生器包括K位二值计数器BC、合适的恒定周期时钟发生器CKG、比较器COM、伪随机二值序列(PRBS)发生器和转移矩阵电路TMX。

伪随机二值序列(PRBS)发生器是本领域技术人员公知的常规的具有线性反馈的M单元移位寄存器。在其基本配置中，PRBS发生器在其并行输出处提供范围为(1，2^M-1)的二值数。在某些情况下，有利的是包括全零二值字，由此把产生的数的范围扩展为(0，2^M-1)。对于本领域技术人员而言包括全零字所需的线性反馈的修改是已知的。

不管范围跨度如何，允许范围的每个数字在PRBS发生器的一个完整周期只出现一次，且数字出现的次序取决于线性反馈的形式。新的数字响应于施加到输入CK的脉冲而出现。

可变时钟发生器SPC操作如下：

-在每个间隔的开始，随机数发生器向转移矩阵TMX提供M位非负随机值RN，该转移矩阵TMX转置形成所述数字的位，从而获得与比较器COM不同但相关的数字TN。K位二值计数器BC对从时钟发生器CKG获得的时钟脉冲进行“向上计数”。计数器的初始状态被设置为某一负值-NV，该负值-NV依赖于来自控制器CTR的外部信号AS(见图15)且对应于不规则输出脉冲的最短脉冲间间隔T_min＝(NV)T_c，其中T_c是CKG提供的时钟脉冲的周期。最长脉冲间间隔T_max能够根据T_max＝T_min+(2^K-1)Tc而确定。因此，不规则输出脉冲的脉冲间间隔是(T_ave+VO)，其中T_ave＝(T_min+T_max)/2表示理想规则时钟脉冲周期，而VO是可以具有正值和负值的变化时间偏移。

一二值计数器BC对时钟脉冲进行计数，直到比较器发现累计计数与转移矩阵电路TMX的输出TN匹配为止(并且相应地，直到该计数满足了与伪随机二值序列发生器产生的数字的预定关系为止，所述关系由转移矩阵电路TMX的模式定义)。当计数器的状态到达非负K位值TN时，比较器COM产生合适的脉冲，所述脉冲用于形成输出时钟脉冲，并且还用于：

-经由输入RS把计数器设置为它的初始状态-NV；

-经由输入CK触发随机数发生器，这导致新的M位随机值RN，因而产生新的转置数TN。

-如果随机数发生器产生的M位数一致地分布，则比较器产生的连续脉冲之间的时间间隔的分布也是一致的。因此，这些脉冲将形成图3中所示的系统使用的不规则脉冲群。

示例

假设K＝6，-NV＝-4且Tc＝5ns。

因此T_min＝(NV)T_c＝20ns，而T_max＝T_min+(2^K-1)T_c＝215ns。

在一般的情况，转移矩阵电路TMX具有M个输入和K个输出，其中M≥K。然而，在最简单的结构中，M＝K，且TMX具有K个输入I1、I2、......、IK和K个输出O1、O2、......、OK；因而，PRBS发生器具有驱动输入I1、I2、......、IK的K个并行输出。TMX的操作可以通过图1 7所示的示例来解释。K×K矩阵中的K(K＝8)个点的图形对应于TMX实现的输入-输出连接。因此，在这种情况下，O1＝I7，O2＝I1，......，O7＝I2且O8＝I5。很明显，矩阵的每列和每行必须只包含一个点。

尽管能够为所述应用设计很多不同的点图形，但有利的是，使用属于被称为“K后问题”类型的点图形，如图17中所示的点图形。而且，诸如Costas阵列的其他公知设计可以证明在某些特定应用中是极为有用的。

在该优选实施方式中，可以使用不同的点图形来改变出现变化时间偏移的序列。响应于来自控制器CTR的外部信号OS，可以以确定性或非确定性方式从预定的一组图形中选择特定的点图形，从而变更比较器检测到的计数值和随机数RN之间的预定关系。图形选择任务由控制单元CTR实施。

图18示出了当M＞K时的输入-输入连接的示例，其中M＝10且K＝8。在这种情况下，假设PRBS发生器提供0到1023的所有值，因而一个完整的周期包括1024个值。在该周期中，输出O1、O2、......、O8将提供0到256的所有数正好四次，而且具有与单个8×8矩阵提供的形式不同的不规则形式。

还在这种情况下，响应于信号OS可以使用不同的点图形。可以以确定性或非确定性方式从预定的一组图形中选择特定的点图形。图形选择任务由控制器CTR实施。此外，控制器CTR可以以确定性或非确定性方式从M个输入中“取消选定”(M-K)个输入，以改变产生的数字的不规则性(由此，改变时间间隔的不规则性)。

除了或代替从改变TMX中的输入-输出连接矩阵而获得的排列，也可以改变PRBS发生器使用的反馈的形式。能够以确定性或非确定性的方式从预定的一组功能中选择特定的反馈功能。反馈选择任务也由控制器CTR实施。

上述排列机制中的某些或全部能够相组合以增大控制器CTR、PRBS发生器和转移矩阵电路TMX的联合操作所产生的数字序列的不规则性(因而增大时间间隔的不规则性)，并且/或者增加可以产生的不同序列的数目。

在上述结构中，PBRS发生器被设置成了使每个产生的随机数和所有其他产生的数一样频繁地出现，因而确保了规定范围内的时钟周期的一致分布。在可选结构中，通过重复地改变转移矩阵电路TMX的模式，以使得每个输入被和产生操作基本相等的次数连接到每个输出上，这样不需要PBRS发生器的这种结构，就实现了时钟周期的一致分布。

在多用户情况下，尽管每个传感器系统采用了相同的数字二值波形发生器，但每个特定的发生器被以不同于所有其他系统使用的方式“随机化”的时钟脉冲驱动。因此，不同传感器系统产生的相反滴答序列将不同，这源于基本不同的时钟脉冲群。在此情况下，可把二值波形发生器看成是合适(确定性)的映射装置，该映射装置将不同的随机(优选地伪随机)时钟脉冲的实现转变成对应的交变相反滴答序列。

所产生的相反滴答序列c(t)对于多用户测距应用的适用性主要依赖于基本模板二值波形族的自相关属性和交叉相关属性。

存在很多类的具有良好自相关属性和交叉相关属性的二值波形(例如，参见P.Fan and M.Darnell，Sequence design for CommunicationsApplications，Wiley，1996；以及R.C.Dixon，Spread Spectrum Systems withCommercial Applications.Wiley，1994)，所述二值波形能够用作产生相反滴答序列的模板二值波形。例如，如本领域技术人员所公知的，伪随机二值序列和Gold序列尤其适用于测距应用。

为了验证根据本发明的构造用于测距用途的相反滴答序列c(t)的方法，将示出这种构造序列在特定的方面保持了基本模板二值波形b(t)的优异自相关属性。

为了下面进行分析，看一看(见图7)作为对基本模板二值波形b(t)执行三种如下操作的结果的相反滴答序列c(t)是有帮助的：

1、对模板二值波形b(t)中的电平转变之间的间隔进行(伪)随机一致缩放，以产生具有“随机化”电平转变的二值波形z(t)；

2、对二值波形z(t)进行微分，以产生极性相反的交变狄拉克δ冲击脉冲δ(t)序列a(t)，因此a(t)＝(d/dt)z(t)；

3、对序列a(t)与表示电平转变的合适滴答信号进行卷积，以产生相反滴答序列c(t)。

重要的是注意执行前两步操作(时间缩放和微分)的次序可以改变。因此，获得相同的相反滴答序列c(t)的等效方法将包括如下的步骤：

1、对模板二值波形b(t)进行微分，以产生极性相反的交变狄拉克δ冲击脉冲δ(t)序列p(t)，因此p(t)＝(d/dt)z(t)；

2、对在序列p(t)中出现的连续δ冲击脉冲之间的间隔进行(伪)随机一致缩放，以产生包括位置“随机化”的δ冲击脉冲的另一序列q(t)；

3、对序列q(t)与相应的滴答信号进行卷积，以产生序列c(t)。

图7象征性地示出了从基本模板二值波形b(t)获得的相反滴答序列c(t)的表达和构造的直接方法和等效方法。

现在将使用等效方法来确定相反滴答序列c(t)的自相关函数R_cc(τ)。

假设模板二值波形b(t)是具有自相关函数R_bb(τ)的伪随机二值信号(prbs)，所述自相关函数R_bb(τ)的主要部分在图8中的a)中示出。因为δ冲击脉冲序列p(t)是prbs b(t)的时间导数，p(t)≡b’(t)＝(d/dt)b(t)，所以序列p(t)的自相关函数R_pp(τ)是自相关函数R_bb(τ)的负的二次导数。因此

R_{pp} (τ) &equiv; R_{bb} (τ) = - \frac{d^{2} R_{bb} (τ)}{{dτ}^{2}}

序列p(t)的归一化自相关函数R_pp(τ)的形状在图8中的b)中示出。可以看出，除了τ＝0时的狄拉克δ单元冲击脉冲，还存在两个旁瓣，每个旁瓣的形式为“质量”等于1/2的负狄拉克δ冲击脉冲。主峰和任一旁瓣之间的间隔等于时钟脉冲周期T_c。

时钟脉冲的脉冲间间隔的一致扩展将导致在自相关函数R_pp(τ)中出现任一负冲击脉冲的 “质量”的一致扩展。当真实的随机机制用于时钟扩展时，负冲击脉冲的一致扩展仅可在统计意义上实现，即，在无限长的处理间隔上实现。因此，根据本发明，为了在有限的处理间隔中实现对旁瓣的完美一致的扩展，将合适的伪随机信号用于时钟扩展。

图8中的c)示出了具有根据示例1中讨论的扩展周期时钟特性“随机化”的位置的冲击脉冲序列q(t)的归一化自相关函数R_pp(τ)。可以看出，在脉冲间间隔的最小值和最大值之间(即，在T_min＝40ns和T_max＝185ns之间)，每个负旁瓣的1/2-“质量”已经以30个5ns的离散步长一致地扩展。旁瓣的电平已减小到1/(2K)＝1/60。

相反滴答序列c(t)的自相关函数R_cc(τ)能够从下式确定：

R_cc(τ)＝R_qq(τ)*g(τ)*g(-τ)，

其中*是卷积算子，且g(τ)是滴答的形状。

当g(τ)是矩形脉冲时，滴答序列的自相关函数R_cc(τ)可以表示为：

R_cc(τ)＝R_gg(τ)*Λ(τ)，

其中Λ(τ)是底部等于两倍的脉冲持续时间的对称三角函数。

图8中的d)示出了从具有示例1中讨论的特性的时钟脉冲驱动的prbs发生器获得的相反滴答序列c(t)的归一化自相关函数R_cc(τ)；每个滴答是5ns持续时间的(正或负)矩形脉冲。可以看出，现在每个旁瓣是延迟τ的连续函数，且得出的负平台的电平等于1/(2K)＝1/60。应当注意最小值T_min＝40ns还确定了所谓的“零相关”区域的跨度。

一般地，负旁瓣的所得(减小)的电平反比于时钟脉冲间间隔的一致分布的范围|T_max-T_min|。因此，通过增大分布范围可以将旁瓣电平减小到可接受的程度。

从上述分析可以得出，相反滴答序列c(t)确实保持了基本模板伪随机二值波形b(t)的优异自相关属性，尤其当将合适的伪随机机制用于时钟扩展(即，模板波形的时间缩放)时。因此，根据本发明构造的滴答序列将呈现出适于测距用途的相关特性。

图9是可以用作图3的二值波形发生器DWG的伪随机二值信号(prbs)发生器的实际实施的详细框图。该发生器包括形成移位寄存器的7个D型触发器D(所述触发器依次标记以1～7)、由符号

表示的7个异或门，6个与门A以及下面的辅助电路：

1、“全零”检测器A0D，用于确保自启动操作：当在所有7个触发器中检测到“全零”码型时，该检测器A0D产生逻辑“1”并经由异或门馈入到触发器1的输入。

2、“全一”检测器A1D，当在所有7个触发器中检测到“全一”码型时，产生逻辑“1”；这种码型在prbs的一个完整周期发生一次。检测器A1D的输出P1能够被馈入到合适的计数器以确定是否已经完成了规定数目的prbs周期。

3、“反馈选择”解码器FSR，其将“模板选择”TS二值输入(V3，V2，V1，V0)转换成二值码型(X1，X2，X3，X4，X5，X6)，所述二值码型(X1，X2，X3，X4，X5，X6)经由AND门和异或门确定驱动触发器2～7的输入的反馈逻辑变量。4变量输入TS指定的所有16个反馈函数被选择成使得发生器产生“最大长度”序列。如本领域技术人员所公知的，最大长度序列导致最大可能周期，该最大可能周期对于r级移位寄存器而言是2^r-1。对于固定的值(V3，V2，V2)，通过在输入V0交变逻辑值将获得两个“镜像”(即时间中上颠倒的)输出序列。prbs发生器产生的这16个可得的不同信号中的每一个都可以用作模板二值波形b(t)。

图10中的表列出了16个4变量逻辑函数，这些4变量逻辑函数确定由解码器FSR提供和由发生器DWG使用的线性反馈的形式，以产生特定的模板二值波形b(t)。

因为prbs发生器采用了7个触发器，且每个反馈函数确保了“最大长度”信号的产生，所以每个产生的模板二值波形b(t)的周期的持续时间总是等于2⁷-1＝127个时钟周期。尽管具有随机化电平转变的二值波形z(t)的任意特定实现的持续时间总是等于127个时钟脉冲间间隔，它的实际持续时间(以时间单位表示)将通过扩展周期时钟脉冲群的相应实现确定。

在下面的示例2中，讨论一种用于选择用于测距的滴答序列c(t)的片段的最佳(用于信号处理)持续时间的方法。

示例2

假设模板二值波形b(t)是如图9所示的7级移位寄存器产生的“最大长度”伪随机二值信号。因此，每个prbs周期的持续时间将等于127个时钟脉冲间间隔。

还假设通过循环操作的扩展周期时钟发生器来驱动prbs发生器，且该prbs发生器的特性与示例1中讨论的特性相同，即：

1、在单个周期中发生的时钟脉冲数K等于30；

2、脉冲间间隔的最小值和最大值分别是T_min＝40ns和T_max＝185ns，平均值为112.5ns；

3、脉冲间间隔的持续时间总是以5ns的步长增加。

当具有上述特性的时钟脉冲驱动prbs发生器时，输出的合成二值波形将按127×30＝3810个时钟脉冲间间隔或3810×112.5ns≈429μs(这是因为127和30是互素数)重复其自身。因为已知在一个prbs周期中具有2⁶＝64个相反滴答(即转变)，所以在所有30个prbs周期中观察到的滴答数等于1920。

因此，为了在滴答序列c(t)的归一化自相关函数R_cc(τ)中实现完美一致的旁瓣扩展(到-1/(2K)＝-1/60的电平)，可以通过计算完整prbs周期的数目(30)或计算产生的连续滴答的数目(1920)来确定最佳处理间隔(当然，也可以采用这些数目的整数倍)。

图11示出了从图9的prbs发生器产生的伪随机二值信号(prbs)实验获得的经验自相关函数R_bb(τ)的主要三角部分；时钟周期T_c等于110ns。图12中的a)示出了短脉冲或滴答(而非狄拉克δ冲击脉冲)序列p₀(t)的经验归一化自相关函数R_pp(τ)。每个滴答是持续时间为5ns的(正或负)矩形脉冲。序列p₀(t)从具有图11中所示的自相关函数R_bb(τ)的伪随机二值信号(prbs)导出。可以看出，除了τ＝0处的主单元峰，还存在两个负峰(旁瓣)，每个负峰具有-1/2的电平。主峰和任一负峰之间的间隔等于时钟脉冲的周期T_c＝110ns。

图12中的b)示出了从具有图11中所示的自相关函数R_bb(τ)的基本伪随机二值信号(prbs)导出的滴答序列c(t)的经验归一化自相关函数R_cc(τ)。同样，每个滴答是持续时间为5ns的(正或负)矩形脉冲，但是在这种情况下，根据示例1中讨论的扩展周期时钟特性，每个滴答的位置被“随机化”。理论分析预测，每个负旁瓣平台的电平等于脉冲间间隔的最小值和最大值之间(即，T_min＝40 ns和T_max＝185ns之间)的-1/60。

上面得出的实验结果证实了理论分析的主要结论，即，相反滴答序列c(t)保持了基本模板伪随机二值波形b(t)的优异自相关属性。预测结果(图8的b)和图8的d))和实验获得的结果(图12的a)和图12的b))之间的某些差异是在脉冲符合度相关器中使用离散延迟和使用了具有粗分辨率的数模转换器的结果。

如下所述，根据本发明的又一独立方面，上面公布的可编程滴答发生器用于实现对周围密集信号电磁环境进行间歇感测以选择以下形式的相反滴答的轮询序列的方法，其中该相反滴答的轮询序列将确保在区域中存在其他有源传感器时的改善的障碍检测。

图13是被配置成根据本发明操作的另一自适应多用户障碍检测系统的框图。该系统包括可编程滴答发生器PCG(如图3所示的PCG)、与发射天线TEL相连接的天线驱动器ADR、与信号调节单元SCU相连接的接收天线REL、可编程延迟电路PDL、脉冲冲突检测器/计数器PCD、脉冲符合度相关器PCC和控制单元CTR。

该系统具有两种可选的操作模式：

1、感测/截获(SI)模式(无源)；

2、标准发射/检测模式(有源)。

控制单元CTR接收如下信号：

-当完成每个prbs周期时，来自可编程滴答发生器PCG的二值波形发生器DWG(见图9)的P1；

-来自脉冲冲突检测器/计数器PCD的CN，其中CN是登记脉冲冲突的数目。

并且控制单元CTR提供下面的信号：

-针对可编程滴答发生器PCG的TS、AS和OS，分别用于选择模板波形和脉冲间间隔的平均值，并且执行脉冲间间隔的排列；

-针对可编程延迟电路PDL的DS，用于选择对应于关注范围的延迟；

-针对天线驱动器ADR的BK，用于在以感测/截获SI无源模式操作的同时阻挡(blank)发射器；

-针对脉冲冲突检测器/计数器PCD的AT，用于确定分析潜在脉冲冲突所需的观察间隔；

-针对脉冲符合度相关器PCC的PT，用于在以发射/检测TD模式操作的同时，确定用于处理接收的信号的最佳间隔。

当处于SI模式中时，自适应障碍检测系统执行的操作可以总结如下：

1、首先，控制单元CTR经由输入BK阻挡天线驱动器ADR，使得系统静默且不发射它自己的轮询滴答。CTR单元还经由输入DS选择可编程延迟电路PDL的相应延迟d，以确定关注范围单元。而且，通过CTR向脉冲冲突检测器/计数器PCD提供信号AT以确定所需的观察间隔。

2、如果实际发送了轮询滴答(在SI模式中没有其自身的发射)，脉冲冲突检测器/计数器PCD在预定间隔AT内联合处理两类信号：在PDL中延迟的二值波形z(t-d)和由天线RA截获并被信号调节单元SCU预处理的干扰信号r(t)，以确定潜在的脉冲冲突CN的数目。过量的数目的这种冲突将削弱系统的检测性能。

3、如果潜在冲突数CN没有超过预定的判决阈值，则把受检验的二值波形z(t)视为适于产生要发射的滴答。因此，系统可以进行到发射/检测TD模式并执行它的标准功能和操作。

4、然而，如果潜在冲突数CN超过了预定判决阈值，则把二值波形z(t视为不适于产生轮询滴答。在这种情况下，依赖于所采用的策略，控制单元CTR可以将各种参数中的任意一个或多个变更以：

A.经由PCG的输入TS，选择另一模板二值波形；

B.经由PCG的输入OS，选择时钟脉冲间间隔的另一排列；

C.经由PCG的输入AS减小平均时钟脉冲间间隔，由此增加平均发射功率；

D.增加脉冲符合度相关器PCC使用的处理时间PT，由此增加在该时间中发射的信号的累积能量；

E.使用合适的随机数发生器来连续地改变模板二值波形和/或时钟脉冲间间隔的排列；在这种情况下，发射的滴答序列将类似于具有平均时钟脉冲间间隔确定的强度的随机脉冲处理；

并且，此后系统再次检查以确定潜在冲突数CN是否超过了预定的判决阈值。

可以为所选的范围单元(例如，与系统最近的单元)实施上述过程的步骤1～4，或者可以为每个关注范围单元重复上述过程的步骤1～4。

当多个公开类型的系统在同一区域操作时，作为从博弈理论中获知的“极小极大”策略，假设每个系统将最终试图选择步骤4E(随机选择模板二值波形和随机排列时钟脉冲间间隔)是合理的。从而，每个系统可以根据周围电磁环境中感测的干扰电平(如步骤4C所述，通过调整平均时钟脉冲间间隔)来调节滴答强度。

当自适应障碍检测系统以发射/检测TD模式操作时，脉冲符合度相关器PCC在预定时间PT联合处理从发生器PCG获得的基准滴答序列c(t)和通过信号调节单元SCU提供的接收滴答r(t)。因此，做出关于在预定范围是否存在障碍的判定DEC。

对于本领域技术人员而言很明显的是，可编程延迟电路PDL和脉冲冲突检测器/计数器PCD执行的某些甚或所有的操作能够通过适当修改的脉冲符合度相关器PCC来执行。

尽管本发明使用二值伪随机序列来构造具有良好相关属性的滴答序列，本发明公开的技术不限于这种应用，还可应用于m级伪随机序列，这对于本领域技术人员而言是已知的。例如，如图14中示意性示出的，当使用三值序列作为模板三值波形时，三个独特状态(即P、Q和R)之间的转变可以通过6个不同滴答(如具有6个不同载波频率f_PQ、f_QP、f_QR、f_RQ、f_RP、f_PR的脉冲)来编码。

一般而言，当使用m级伪随机序列时，对m级之间的转变进行编码所需的不同滴答的数目等于m(m-1)。然而，在某些应用中，可以采用比m(m-1)多的滴答，且实际发射的滴答可以被分配且及时动态地交换，从而提供更强壮的系统。

而且，短持续时间的滴答可由合适的波形(如具有线性频率调制的脉冲)代替，所述合适的波形被发射，且在被接收之后，能够在匹配的滤波器中被压缩以产生所需的短响应。

已经为例示和描述目的提供了本发明的优选实施方式的上述描述。并不旨在穷尽或将本发明限于所公开的精确形式。按照上述描述，很明显，很多变更、修改和变化将使得本领域技术人员能够在适于想到的特定用途的各个实施方式中使用本发明。

Claims

1、一种用于检测物体的方法，该方法包括以下步骤：

(a)产生第一信号，该第一信号具有在不规则序列中发生的多个离散状态，且在该第一信号中按相对于理想规则时钟脉冲在变化时间偏移处发生状态之间的转变；

(b)响应于所述第一信号中的每个状态转变，发射根据状态转变的类型编码的脉冲；

(c)获得包括发射脉冲的反射的接收信号；

(d)从所述第一信号导出基准信号；

(e)在所述接收信号与所述基准信号之间引入延迟；

(f)根据所述接收信号中的脉冲与所述基准信号中的转变的符合程度导出输出值；以及

(g)根据所述输出值确定物体是否位于对应于所述延迟的范围中。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间偏移分布在预定的最小值与最大值之间。

3、根据权利要求2所述的方法，其中，所述时间偏移基本一致地分布在所述预定的最小值与最大值之间。

4、根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述时间偏移以伪随机方式变化。

5、根据任一前述权利要求所述的方法，该方法包括以下步骤：

(h)在抑制脉冲的发射的同时，附加地导出所述输出值；以及

(i)根据所述输出值，改变用于产生所述第一信号的至少一个参数，以变更所述第一信号的特性。

6、根据权利要求5所述的方法，其中，所述变化时间偏移具有根据所述输出值变更的序列。

7、根据权利要求6所述的方法，该方法包括产生用于控制所述第一信号的状态转变定时的可变周期时钟信号的步骤，其中所述可变周期时钟信号的时钟脉冲之间的间隔各通过产生随机数并对规则时钟脉冲进行计数直到计数值与所述随机数满足预定关系为止来确定。

8、根据权利要求7所述的方法，该方法包括变更所述预定关系以变更变化时间偏移的序列的步骤。

9、一种用于检测物体的方法，该方法包括以下步骤：

(a)使用至少一个参数来产生第一信号，所述第一信号具有在不规则序列中发生的多个离散状态；

(b)响应于所述第一信号中的每个状态转变，发射根据状态转变类型编码的脉冲；

(c)获得包括发射脉冲的反射的接收信号；

(d)从所述第一信号导出基准信号；

(e)在所述接收信号与所述基准信号之间引入延迟；

(g)根据所述输出值确定物体是否位于对应于所述延迟的范围中；

该方法的特征在于以下步骤：

(h)在抑制脉冲的发射的同时，附加地导出所述输出值；以及

(i)根据所述输出值，改变所述至少一个参数，以变更所述第一信号的特性。

10、根据权利要求5至9中的任一项所述的方法，其中，所述不规则状态序列根据所述输出值而变化。

11、根据任一前述权利要求所述的方法，该方法还包括以下步骤：

针对所述延迟的不同值重复步骤(e)和(f)，由此获得多个输出值，每个输出值与相应的延迟相关联。

12、根据任一前述权利要求所述的方法，其中，以伪随机方式确定所述不规则序列。

13、根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述不规则序列是二值序列。

14、根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中，所述不规则序列具有m个状态，其中m＞2，并且其中存在m(m-1)个转变类型。

15、根据任一前述权利要求所述的方法，其中，使用无载波超宽带技术来发射所述脉冲。

16、被设置为执行根据任一前述权利要求所述的方法的装置。