具有相位噪声估计的雷达设备制造技术

本文描述了用于估计FMCW雷达系统中的RF振荡器信号的相位噪声的方法以及相关雷达设备。根据一个示例性实施例，该方法包括将RF振荡器信号应用于包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号。此外，该方法包括将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带，对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号，以及根据该数字雷达信号计算去相关相位噪声信号。然后根据去相关相位噪声信号来计算去相关相位噪声的功率谱密度，将去相关相位噪声的功率谱密度转换成RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度。

【技术实现步骤摘要】
具有相位噪声估计的雷达设备
本公开一般地涉及雷达传感器系统和设备、以及在这样的系统和设备中采用的信号处理的领域。特别地，本专利技术涉及可能由来自短程（SR）目标的不期望雷达回波造成的相位噪声的估计和消除。
技术介绍
雷达系统是本领域中所众所周知的，并且通常可以被划分成脉冲雷达系统和连续波（CW）系统。脉冲雷达系统通过向对象发射短射频（RF）脉冲并测量要接收到所反射的脉冲（即回波）花费的时间来测量到对象（通常被称为目标）的距离。因为脉冲的速度（即光速）是已知的，所以直接计算到对象的距离。然而，特别因为脉冲长度必须随着行程时间（即到目标的距离）的减小而减少，所以脉冲雷达系统不适合于用来测量几百米的距离。随着脉冲长度减少，包含在脉冲中的能量降低到了变得不可能检测到所反射的信号的程度。反而，连续波雷达系统被用于测量比较短的距离。在许多应用中（诸如在汽车应用中）所谓的频率调制连续波（FMCW）雷达系统被用来检测雷达设备前面的目标并且测量到目标的距离以及它们的速度。与其中由于发射器的脉冲操作引起的发射信号路径与接收信号路径之间的隔离不是特别相关的脉冲雷达系统不同，被称为泄漏的现象在FMCW雷达系统中是一个问题。泄漏通常描述一小部分频率调制的发射信号在没有被目标反向散射的情况下“泄漏”到雷达接收器的接收信号路径中问题。如果泄漏的原因是在雷达接收器的RF前端中（即在单站雷达配置中将接收信号与发射信号分开的循环器的不完善隔离），则泄漏也被称为发射信号路径和接收信号路径之间的串扰。当将雷达系统集成到一个单独的单片微波集成电路（MMIC）中时，串扰或所谓的片上泄漏通常是一个问题。泄漏的另一原因可能是非常靠近雷达天线的对象（诸如，例如在雷达天线前面几厘米处安装的遮盖物或固定装置）。在这里，在这样的对象（也被称为短程目标）处发射的雷达信号的反射被称为短程泄漏，其是从发射天线发出并反射回到（反向散射）一个或多个短程目标处的FMCW雷达系统的接收天线的发射信号的一小部分，该一个或多个短程目标非常靠近（一个或多个）雷达天线。应该理解的是，在单站雷达系统中发射天线和接收天线是物理上相同的天线。在这里，所提到的由短程目标引起的反射被称为短程泄漏，因为它们的影响与片上泄漏的影响类似。然而，适合于消除片上泄漏或串扰的已知方法不适合于消除短程泄漏。在雷达系统中，总的本底噪声限制灵敏度（可以利用改灵敏度来检测雷达目标），并因此也限制距离测量结果的准确性。一般来说，该本底噪声受到传输信道的加性噪声的支配。然而，在短程目标反射具有比较高的振幅的所发射的雷达信号的情况下（即引起短程泄漏），所发射的雷达信号的相位噪声（PN）可能支配本底噪声。相位噪声导致变差的信号检测质量或者甚至使得不可能检测到具有小雷达截面的雷达目标。因此，可能对FMCW雷达系统中的相位噪声的估计感兴趣。
技术实现思路
这里公开的示例性实施例涉及雷达设备以及相关方法。作为一个示例性实施例，描述了一种用于估计FMCW雷达系统中的RF振荡器信号的相位噪声的方法。在本示例中，该方法包括将RF振荡器信号应用于包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号。该方法还包括将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带，对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号，以及根据该数字雷达信号计算去相关相位噪声信号。根据去相关相位噪声信号计算去相关相位噪声的功率谱密度，并且然后将去相关相位噪声的功率谱密度转换成RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度。在另一实施例中，该方法包括将RF振荡器信号应用于包含电路的人造雷达目标（该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号），将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带，对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号，以及计算数字雷达信号的功率谱密度。计算数字雷达信号的确定性被加数的功率谱密度，并且随后基于数字雷达信号的功率谱密度和确定性被加数的功率谱密度来计算RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度。此外，这里描述了一种雷达设备。在一个示例性实施例中，该雷达设备包括：本地振荡器，其生成包括相位噪声的RF振荡器信号；以及包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号。该雷达设备还包括：第一频率转换电路，其被配置成将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带；以及模拟到数字转换单元，其被配置成对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号。该雷达设备的信号处理单元被配置成根据数字雷达信号计算去相关相位噪声信号，根据去相关相位噪声信号计算去相关相位噪声的功率谱密度，以及将去相关相位噪声的功率谱密度算进RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度里。在另一示例性实施例中，该雷达设备包括本地振荡器，其生成包括相位噪声的RF振荡器信号；以及包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号。该雷达设备还包括：第一频率转换电路，其被配置成将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带；以及模拟到数字转换单元，其被配置成对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号。该雷达设备的信号处理单元被配置成计算数字雷达信号的功率谱密度，计算数字雷达信号的确定性被加数的功率谱密度，以及基于数字雷达信号的功率谱密度和确定性被加数的功率谱密度计算RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度。根据另一示例性实施例，该雷达设备包括噪声消除功能。因此，该雷达设备包括：RF收发器，其被配置成将RF振荡器信号发射到雷达通道并且从雷达通道接收相应的第一RF雷达信号；以及包含电路的人造雷达目标，该电路将增益和延迟提供给RF振荡器信号以生成第二RF雷达信号。第一频率转换电路包括被配置成对第一RF雷达信号进行下变频的第一混频器；第二频率转换电路包括被配置成对第二RF雷达信号进行下变频的第二混频器。模拟到数字转换单元被配置成分别对经下变频的第一RF雷达信号和经下变频的第二RF雷达信号进行数字化以生成第一数字信号和第二数字信号。数字信号处理单元接收第一和第二数字信号并且被配置成：计算被包括在第二数字信号中的去相关相位噪声信号，基于所估计的去相关相位噪声信号来生成消除信号，以及从第一数字雷达信号减去消除信号以获得噪声补偿的数字雷达信号。另外，该数字信号处理单元被配置成根据去相关相位噪声信号计算去相关相位噪声的功率谱密度，以及将去相关相位噪声的功率谱密度算进RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度里。此外，描述了一种用于消除雷达信号中的噪声的方法。根据一个实施例，该方法包括将RF振荡器信号发射到雷达通道以及从雷达通道接收相应的第一RF雷达信号，将RF振荡器信号应用于包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成第二RF雷达信号。该方法还包括将第一RF雷达信号和第二RF雷达信号从RF频带下变频到基带，分别对经下变频的第一RF雷达信号和经下变频的第二RF雷达信号进行数字化以生成第一数字信号和第二数字信号，以及计算包括在第二数字信号中的去相关相位噪声信号。基于去相关相位噪声信号来生成消除信号，以及从第一数字雷达信号减去消除信号以获得噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估计FMCW雷达系统中的RF振荡器信号的相位噪声的方法；该方法包括：将RF振荡器信号应用于包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号；将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带；对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号；根据该数字雷达信号计算去相关相位噪声信号；根据该去相关相位噪声信号来计算去相关相位噪声的功率谱密度；以及将去相关相位噪声的功率谱密度转换成RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度。

【技术特征摘要】
2015.11.30 DE 102015120733.81.一种用于估计FMCW雷达系统中的RF振荡器信号的相位噪声的方法；该方法包括：将RF振荡器信号应用于包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号；将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带；对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号；根据该数字雷达信号计算去相关相位噪声信号；根据该去相关相位噪声信号来计算去相关相位噪声的功率谱密度；以及将去相关相位噪声的功率谱密度转换成RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度。2.根据权利要求1所述的方法，其中根据下面的等式来完成根据该数字雷达信号计算去相关相位噪声信号，其中n是时间指数，是采样周期，是去相关相位噪声信号，是数字雷达信号，A是RF振荡器信号的振幅，是人造雷达目标的增益，是拍频并且是相位偏移。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中根据下面的等式来完成将去相关相位噪声的功率谱密度转换成RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度，，其中是相位噪声的功率谱密度，是去相关相位噪声的功率谱密度，并且是人造雷达目标的延迟。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中将RF振荡器信号作为电磁雷达信号提供给要被辐射的至少一个天线。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中RF振荡器信号是一系列啁啾，并且RF振荡器信号的信号参数是啁啾的起始频率、带宽和持续时间。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中计算去相关相位噪声信号包括：计算取决于人造雷达目标的增益和延迟并且取决于RF振荡器信号的信号参数的去相关相位噪声信号的估计。7.一种用于估计FMCW雷达系统中的RF振荡器信号的相位噪声的方法；该方法包括：将RF振荡器信号应用于包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号；将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带；对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号；计算数字雷达信号的功率谱密度，计算数字雷达信号的确定性被加数的功率谱密度，基于数字雷达信号的功率谱密度和确定性被加数的功率谱密度来计算RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度。8.根据权利要求7所述的方法，其中计算数字雷达信号的确定性被加数的功率谱密度包括使用威尔奇方法。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中计算RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度包括计算数字雷达信号的功率谱密度与确定性被加数的功率谱密度之间的差值以获得数字雷达信号的随机性被加数的功率谱密度。10.根据权利要求9所述的方法，还包括将确定性被加数的功率谱密度转换成RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度。11.一种雷达设备，其包括：生成RF振荡器信号的本地振荡器，该RF振荡器信号包括相位噪声；包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号；第一频率转换电路，其配置成将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带；模拟到数字转换单元，其被配置成对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号；信号处理单元，其被配置成：根据数字雷达信号计算去相关相位噪声信号，根据去相关相位噪声信号来计算去相关相位噪声的功率谱密度，以及将去相关相位噪声的功率谱密度算进RF振荡器信号的相位噪声的功率谱密度里。12.一种雷达设备，其包括：生成RF振荡器信号的本地振荡器，该RF振荡器信号包括相位噪声；包含电路的人造雷达目标，该电路将延迟和增益应用于RF振荡器信号以生成RF雷达信号；第一频率转换电路，其配置成将从人造雷达目标接收到的RF雷达信号从RF频带下变频到基带；模拟到数字转换单元，其被配置成对经下变频的RF雷达信号进行数字化以生成数字雷达信号；信号处理单元，其被配置成：计算数字雷达信号的功率谱密度，计算数字雷达信号的确定性被加数的功率谱密...

【专利技术属性】
技术研发人员：M许默，A梅尔策，A奥尼克，F施塔策尔，R施图尔贝格，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE