Procedimiento para detectar interferencias en forma de impulsos y de chirridos ("chirps") lineales en una unidadde radar FMCW con barrido lineal de la frecuencia,

para detectar blancos, en el que las señales transmitidas yrecibidas son combinadas para formar una señal diferencial, la señal de pulsación, con una onda para cada blanco,en el que la frecuencia, la amplitud y la fase de la onda contienen la información sobre el blanco, caracterizadoporque el procedimiento comprende las etapas de:

(a) someter la señal diferencial a una división tiempo-frecuencia llevada a cabo mediante una Transformación deFourier de tiempo corto (STFT), y

(b) detectar las interferencias en la señal transformada, la cual se transforma mediante una transformación de Houghpara detectar líneas rectas en una imagen STFT, que no son paralelas al eje de tiempos.

Procedimiento para la eliminación de interferencia en una unidad de radar de tipo FMCW

La presente invención se refiere a un procedimiento para la eliminación de interferencias, tales como impulsos y chirridos lineales (“chirps”) en una unidad de radar del tipo FMCW con barrido lineal de la frecuencia, en el que las señales transmitidas y recibidas son combinadas para formar una señal diferencial, la señal de pulsación (“beat”) , con una onda para cada blanco, en el que la frecuencia, la amplitud y la fase de la onda contienen la información sobre el blanco. El procedimiento puede ser utilizado dentro del campo de los radares móviles, pero puede ser utilizado asimismo en otras aplicaciones de radares FMCW.

El principio del radar lineal FMCW es bien conocido, ver por ejemplo Skolnik, “Introduction to Radar Systems”, (Introducción a los sistemas de radar) , 2ª edición, McGraw-Hill 1980, capítulo 3. Los avances técnicos de los últimos años, han tenido como resultado un incremento en la utilización de unidades de radar FMCW, a los cuales no se dará más consideración en esta memoria. Una unidad de radar lineal FMCW (Onda continua con modulación de frecuencia) funciona, en principio, de la forma siguiente:

Un barrido de la frecuencia controla un oscilador con una frecuencia variable, de tal modo que la frecuencia transmitida varía periódicamente. Cada periodo tiene principalmente tres partes, a saber, una frecuencia base constante, un barrido lineal de la frecuencia y un rápido retorno a la frecuencia base. El barrido lineal de la frecuencia es el tiempo en que la unidad de radar está “llevando a cabo un trabajo útil” y a menudo constituye del 70 al 80% del tiempo total (factor de trabajo 0, 7-0, 8) .

Por motivos de simplicidad, en la explicación siguiente, la unidad de radar y su blanco son estacionarios. En el caso de blancos móviles o de unidades móviles de radar, entra en juego asimismo el efecto Doppler. No obstante, en la mayor parte de los sistemas FMCW actuales, el efecto Doppler solamente implica una corrección reducida a lo que se indica a continuación.

El tiempo de propagación desde la unidad de radar hasta un blanco y retorno, es habitualmente de algunos microsegundos. Por consiguiente, una señal recibida desde un blanco tiene la frecuencia que fue transmitida un cierto tiempo antes. Como la frecuencia es barrida, esta no es la misma frecuencia que fue transmitida. La frecuencia recibida tiene asimismo un barrido lineal de la frecuencia. Como el barrido de la frecuencia recibida y el barrido de la frecuencia transmitida son paralelos con un desplazamiento en el tiempo igual al tiempo de propagación, como resultado, en el caso de un blanco fijo, la diferencia en frecuencia entre la señal transmitida y la recibida será constante. Esta diferencia constante de frecuencia es el producto entre el tiempo de propagación al blanco y el gradiente del barrido de la frecuencia expresado como frecuencia por unidad de tiempo.

El tratamiento de la señal en una unidad de radar FMCW consiste principalmente en la combinación de las señales transmitidas y las señales recibidas, de tal modo que se genera la señal diferencial (la señal de pulsación) . Esta señal es la suma de un cierto número de ondas sinusoidales, en la que cada onda sinusoidal representa un blanco del radar. Las ondas sinusoidales tienen frecuencias, amplitudes y posiciones de fase diferentes, de acuerdo con el principio de que una amplitud grande corresponde a un blanco grande, una frecuencia elevada corresponde a un blanco situado a gran distancia. El efecto Doppler (debido a la velocidad relativa) afecta principalmente a las posiciones de fase.

Con el objeto de determinar qué blancos se están observando y sus dimensiones y velocidades relativas, se analiza la señal diferencial en base a la frecuencia. El análisis de la frecuencia se lleva a cabo mejor digitalmente mediante la señal diferencial que pasa a través de un filtro antiduplicados y se muestrea con una velocidad de muestreo constante, después de lo cual se multiplica la señal muestreada por una función de ventana para reducir la amplitud de la señal al inicio y al final del periodo de muestreo y es enviada a un procesador de señales que lleva a cabo una Transformación de Fourier discontinua (DFT) , habitualmente con un algoritmo rápido, conocido como una FFT, Fast Fourier Transform (Transformación rápida de Fourier) . La transformación de Fourier en general es compleja, pero para una señal en tiempo real (señal diferencial) tiene un cierto grado de simetría. Con el objeto de poder utilizar algoritmos FFT, el número de muestras seleccionadas habitualmente es una potencia de dos (256, 512, 1024, …) . 256 muestras proporcionan 256 coeficientes FFT, pero si la señal es real, la simetría significa que de estos 256 valores, solamente 128 (en realidad 129) son independientes.

Mediante una transformación de Fourier, por ejemplo, mediante la FFT, la señal se divide en un cierto número de componentes independientes de la frecuencia, senos. Cada frecuencia corresponde, tal como anteriormente, a una distancia. La magnitud de un coeficiente complejo de la FFT es la medición del radar de la zona del blanco (la potencia recibida) en el caso del blanco en la ventana de frecuencias correspondiente (ventana de la distancia) . La FFT realiza lo que se conoce como una integración coherente de la señal del blanco, lo cual es ventajoso. El tratamiento posterior de la señal en el sistema se lleva a cabo digitalmente sobre los coeficientes FFT calculados.

Se puede demostrar que la anchura nominal de una ventana de distancia es inversamente proporcional al cambio en la frecuencia del barrido lineal de la FMCW durante el periodo de muestreo. En el caso de una resolución de la

distancia de 1 m, se requiere un cambio en la frecuencia de 150 MHz. Con el objeto de cambiar la resolución de la distancia, el gradiente del barrido de la frecuencia se puede modificar, por ejemplo, manteniendo constante el mismo tiempo de muestreo.

La velocidad de muestreo limita las frecuencias de la señal de pulsación que puede ser estudiada y, por ello, la distancia total de la zona observada. La anchura de esta “banda utilizable” que está situada paralela al barrido lineal de la FMCW, es frecuentemente menor de 1 MHz.

Una unidad de radar lineal FMCW puede estar sometida a interferencias si recibe señales diferentes de sus propias señales transmitidas, reflejadas desde los diversos blancos. La unidad de radar puede estar sometida a interferencias procedentes de otras unidades de radar, incluyendo unidades de radar pulsante, unidades de radar de compresión de impulsos y otras unidades de radar FMCW que estén funcionando al mismo tiempo y produciendo interferencias.

Un impulso durante el periodo de muestreo tiene una duración muy corta en el campo del tiempo, y es de una banda muy ancha en el campo de la frecuencia. Un impulso potente de interferencia solamente afecta a unas pocas muestras de la señal de pulsación, pero puede afectar a todas las ventanas de frecuencia en la transformación de Fourier. El “nivel de ruido” en la transformación de Fourier parece haberse incrementado, de manera que los blancos pequeños pueden quedar enmascarados por la interferencia.

Una forma muy común de interferencia es la que se conoce como un chirrido (“chirp”) , en la que la forma de la onda que produce la interferencia se desplaza con frecuencia lineal de un lado a otro de la banda utilizable de la unidad de radar FMCW. Dichos chirridos son generados por una compresión de impulsos de la unidad de radar, y asimismo por otra unidad de radar FMCW si la forma de la onda transmitida por la unidad durante la fase básica y la fase de retorno, entra dentro de la banda utilizable de la primera unidad durante su periodo de muestreo. La tercera fase, el barrido lineal de la frecuencia, puede generar asimismo un chirrido si el barrido de la frecuencia de la unidad de radar que produce la interferencia tiene un gradiente diferente al del barrido de la frecuencia de la primera unidad de radar, por ejemplo, debido a que la unidad de radar que produce la interferencia tiene una resolución de distancia diferente.

La interferencia en forma de un chirrido lineal es siempre de banda ancha en la frecuencia, pero también puede tener una considerable duración en el tiempo y producir interferencias en la totalidad de la FFT y afectar a una parte muy grande de la señal de tiempo... [Seguir leyendo]

REIVINDICACIones

1. Procedimiento para detectar interferencias en forma de impulsos y de chirridos (“chirps”) lineales en una unidad de radar FMCW con barrido lineal de la frecuencia, para detectar blancos, en el que las señales transmitidas y

recibidas son combinadas para formar una señal diferencial, la señal de pulsación, con una onda para cada blanco, en el que la frecuencia, la amplitud y la fase de la onda contienen la información sobre el blanco, caracterizado porque el procedimiento comprende las etapas de:

(a) someter la señal diferencial a una división tiempo-frecuencia llevada a cabo mediante una Transformación de 10 Fourier de tiempo corto (STFT) , y

(b) detectar las interferencias en la señal transformada, la cual se transforma mediante una transformación de Hough para detectar líneas rectas en una imagen STFT, que no son paralelas al eje de tiempos.