偏移頻率零差探地雷達制造技術

系統和方法包含生成基帶信號、使基帶信號上轉換到雷達信號頻率、對上轉換信號的較低邊帶進行濾波和發射經濾波的上轉換信號。系統和方法還包含接收返回信號、使用具有從上轉換信號偏移的頻率的信號來下轉換返回信號、對下轉換的返回信號的較高邊帶進行濾波和產生基帶返回信號。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】偏移頻率零差探地雷達
本公開涉及偏移頻率零差雷達和使用同樣雷達的方法。
技術介紹
大多數傳統的寬帶任意波形系統使用一個或多個中間頻率階段來充分地將旁瓣衰減到不會影響雷達系統性能的水平。這不僅引入額外的部件并且因此尺寸和功率的要求，而且還引入增加系統噪聲和諧波的非線性部件的增加，這使得設計寬帶任意波形系統更加復雜。
技術實現思路
實施例指向涉及生成基帶信號、使基帶信號上轉換到雷達信號頻率、對上轉換信號的較低邊帶進行濾波以及發射經濾波的上轉換信號的方法。方法還涉及接收返回信號、使用具有從上轉換信號偏移的頻率的信號使返回信號下轉換、對下轉換的返回信號的較高邊帶進行濾波以及產生基帶返回信號。根據其他實施例，方法涉及生成基帶信號、混合基帶信號與發射振蕩器信號以產生包括較低邊帶和較高邊帶的混合發射信號、對混合發射信號的較低邊帶進行濾波以及發射經濾波的混合發射信號。方法還涉及接收由發射經濾波的混合發射信號所產生的返回信號并且生成具有從發射信號的頻率偏移預定頻率的頻率的接收振蕩器信號。方法進一步涉及混合返回信號與接收振蕩器信號以產生包括較低邊帶和較高邊帶的混合接收信號，并且對混合接收信號的較高邊帶進行濾波以產生基帶返回信號。依照各種實施例，雷達裝置包括天線布置、被配置用于生成基帶信號的信號發生器以及發射部分，發射部分耦合到信號發生器和天線布置、包括以預定頻率運行的發射振蕩器。發射部分被配置用于生成包括基帶信號和預定頻率下的信號的混合的發射信號，并且用于對混合發射信號的較低邊帶進行濾波。接收部分與天線布置和邊帶濾波器耦合。接收部分包括接收振蕩器，其被配置用于在從發射振蕩器的頻率偏移大于或等于邊帶濾波器的寬度的頻率的頻率下運行。接收部分被配置用于混合由天線布置接收的返回信號與由接收振蕩器在偏移的頻率下產生的信號以產生包括較低邊帶和較高邊帶的混合接收信號，且用于對混合接收信號的較高邊帶進行濾波以產生基帶返回信號?；谝韵略敿氂懻摵透綀D，可以理解這些和其他特征。附圖說明圖1圖示了根據各種實施例的偏移頻率零差雷達檢測方法的各種處理；圖2圖示了依照各種實施例的偏移頻率零差雷達檢測方法的各種處理；圖3示出了根據各種實施例的偏移頻率零差雷達系統的框圖；圖4圖示了根據各種實施例的針對偏移頻率零差雷達的下轉換光譜；圖5A至圖5B是依照各種實施例的偏移頻率零差雷達系統的框圖；圖6至圖10示出了在圖5所示的若干測試點(A至E)處給出的波形；圖11示出了依照各種實施例的偏移頻率零差鉆頭雷達的框圖；圖12示出了依照各種實施例的偏移頻率雷達接口的一般結構；圖13A至圖13B是依照各種實施例的偏移頻率零差雷達的雷達服務器(Radarserver)架構的框圖；圖14是依照各種實施例的偏移頻率零差雷達的門件(Gateware)架構的框圖；圖15示出了用于使用根據各種實施例的偏移頻率零差雷達對地下物體進行成像的系統的框圖；以及圖16示出了通過地面的一部分的橫截面，其中通過使用配置用于使用根據各種實施例的偏移頻率零差雷達對地下物體進行成像的水平定向鉆探機，鏜孔操作發生。具體實施方式在圖示實施例的以下描述中，參照形成其一部分的附圖，并且在附圖中通過圖示的方式示出了本專利技術可以被實踐的各種實施例。要理解的是，其它實施例可以被應用，并且可以做出結構和功能改變而不脫離本專利技術的范圍。根據本專利技術的系統、設備或方法可包括本文中描述的一個或多個特征、結構、方法或其組合。例如，設備或系統可被實現成包括下面描述的一個或多個有用特征和/或處理。旨在這樣的設備或系統不需要包括本文中描述的所有特征，但是可以被實現成包括提供有用結構、系統和/或功能的選擇特征。實施例指向偏移頻率零差雷達和使用同樣雷達的方法。實施例指向偏移頻率零差探地雷達和使用同樣雷達的方法。各種實施例指向可被用在地下雷達應用中的偏移頻率零差任意波形雷達。根據各種實施例的雷達架構是任意波形的頻域雷達，其在可被發射的波形類型方面提供增加的靈活性。根據一些實施例的寬帶任意波形的操作允許對于特定應用和/或目標或者操作環境(例如頻率中的噪聲位置)來裁剪發射波形。例如除SFCW信號之外，更寬的瞬時頻率信號可被發射，其可以產生在更短的時間內收集的更高的振幅響應。本專利技術的實施例指向小尺寸、低功率雷達，其可被安裝在鉆頭(例如用于水平定向鉆探(HDD)或石油和天然氣鉆探的)上以用于在障礙物檢測或一般繪圖中使用。用于在鉆上使用的偏移頻率雷達的實施例提供在鉆探期間對物體(例如障礙物、空腔、地質接觸、礦化帶等)的繪圖和檢測，而無需預存在的鏜孔。偏移頻率零差雷達的實施例可被應用于穿墻監控等等。一些實施例指向用于近范圍(例如<100m)感測的寬帶任意波形低功率雷達系統，其利用偏移無線電頻率架構來優化信號質量而同時最小化實現系統所要求的部件。實施例指向偏移頻率零差雷達架構，其通過發射和本地振蕩器頻率的精心選擇，利用數字化抗混疊濾波器以衰減不需要的發射旁瓣。架構還在數字化之前降低所有發射諧波。相對于傳統架構，根據各種實施例的雷達架構提供增加的硬件簡化，其產生改善的邊帶抑制和寬的動態范圍，而沒有標準外差雷達結構所要求的額外的混合階段。實施例指向使用偏移零差架構的具有加強的邊帶抑制的改進的雷達架構，其適合于具有非常好的噪聲和邊帶抑制的任意波形雷達的構建，同時提供更便宜的方式來改善信號質量。依照各種實施例的偏移頻率零差架構利用抗混疊濾波器在數字化之前有利地降低旁瓣和發射諧波。在超外差架構中的第二IF頻率的動機是要確保無混雜的發射光譜且因此無混雜的接收光譜；而沒有與目標相互作用并且然后被縮混到與載波和波形相同的帶中的諧波或次諧波。然而，基于模擬，似乎極其難以隔開雷達調制頻率，使得這種情況發生。如果得到的基帶光譜是無混雜的，即在基帶處沒有不同混合產物的重疊，這將是更有前景的。大多數傳統的寬帶任意波形系統使用一個或多個中間頻率階段來充分地將旁瓣衰減到不會影響雷達系統性能的水平。這不僅引入額外的部件并且因此尺寸和功率的要求，而且還引入增加系統噪聲和諧波的非線性部件的增加，這使得設計寬帶任意波形系統更加復雜。針對相同的性能和功能，偏移頻率雷達系統的實施例需要比傳統寬帶任意波形雷達系統更少的部件。這樣做時，根據各種實施例的偏移頻率雷達系統允許要求雷達感測但具有有限空間來收容電子設備的一個目標應用。例如本專利技術的實施例指向解決用于避障應用的近范圍傳感器的問題，其對傳感器電子設備具有有限空間要求。根據各種實施例，偏移頻率雷達架構還可以被應用于其他探地雷達問題，范圍從設施(utility)定位到考古學。另外的可被處理的問題是，非金屬管附近區域的檢查，諸如從管中的位置(例如清管器)。通過另一示例的方式，偏移頻率雷達可被用在穿墻成像和搶險救援工作的短范圍應用中。此外，本專利技術的實施例避免由超外差設計需要的第二IF階段的復雜性，并且將本地(LO)振蕩器分離成發射振蕩器和偏移大于或等于接收器的邊帶(例如奈奎斯特(Nyquist))濾波器的帶寬的頻率的接收振蕩器。通過總是連同被測設備(DUT)一起對參考通道進行采樣，這解決了相位顫動的問題。此外，根據各種實施例的發射調制器(例如單邊帶或SSB)根據各種實施例通過支持更大的瞬時帶寬提高了測量速度。現在轉到圖1，圖示了根據各種實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雷達檢測方法，包括：生成基帶信號；使所述基帶信號上轉換到雷達信號頻率；對所述上轉換信號的較低邊帶進行濾波；發射經濾波的上轉換信號；接收返回信號；使用具有從所述上轉換信號偏移的頻率的信號使所述返回信號下轉換；對所述下轉換返回信號的較高邊帶進行濾波；以及產生基帶返回信號。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.03.12 US 61/609,7151.一種雷達檢測方法，包括：生成基帶信號；使所述基帶信號上轉換到雷達信號頻率；對所述上轉換信號的較低邊帶進行濾波；發射經濾波的上轉換信號；接收返回信號；使用具有從所述上轉換信號偏移的頻率的信號使所述返回信號下轉換；對所述下轉換返回信號的較高邊帶進行濾波；以及產生基帶返回信號；其中所述偏移是大于或等于用于對所述下轉換返回信號的所述較高邊帶進行濾波的邊帶濾波器的寬度的預定頻率。2.根據權利要求1所述的方法，其中：使所述基帶信號上轉換包括混合所述基帶信號與發射振蕩器信號以產生包括所述較低邊帶和所述較高邊帶的混合發射信號；對所述上轉換信號的較低邊帶進行濾波包括對所述混合發射信號的所述較低邊帶進行濾波；發射經濾波的上轉換信號包括發射經濾波的混合發射信號；接收所述返回信號包括接收由發射經濾波的混合發射信號產生的所述返回信號；所述方法進一步包括生成具有從所述發射信號的頻率偏移預定頻率的頻率的接收振蕩器信號；使所述返回信號下轉換包括混合所述返回信號與所述接收振蕩器信號以產生包括較低邊帶和較高邊帶的混合接收信號；以及對所述較高邊帶進行濾波包括對所述混合接收信號的所述較高邊帶進行濾波以產生所述基帶返回信號。3.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述基帶信號是任意波形的。4.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述基帶信號包括單一頻率或者多個不相干的頻率分量。5.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述基帶信號包括SFCW信號。6.根據權利要求2所述的方法，其中所述預定頻率是大于或等于被配置用于對所述混合接收...

【專利技術屬性】
技術研發人員：A·威爾遜蘭曼，K·J·賴爾森，W·羅思，
申請(專利權)人：弗米爾公司，
類型：發明
國別省市：美國;US