用于包括速度模糊度分辨率的MIMO雷达中的速度检测的方法和设备技术

在所描述的示例中，方法(800)通过在多个接收器上接收由至少两个发射器发射并从物体反射的啁啾的至少一个帧来确定雷达检测到的物体的速度是否大于最大速度。估计每个接收器接收的对应于由每个发射器发射的啁啾(帧)的序列的信号的虚拟阵列矢量S中的速度诱导相移(

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于包括速度模糊度分辨率的MIMO雷达中的速度检测的方法和设备
本专利技术总体涉及物体检测和速度确定，并且更具体地涉及调频连续波(FMCW)雷达系统中的速度检测。
技术介绍
FMCW雷达的基本发射信号是频率斜波(ramp)(通常也称为“啁啾”)。啁啾是一种频率随时间线性变化的信号。例如，毫米波FMCW雷达可以发射具有4GHz带宽的啁啾，该啁啾从77GHz开始并线性地斜升到81GHz。由发射(TX)天线发射的信号从一个或多个物体反射，并且在一个或多个接收(RX)天线处接收所反射的信号。FMCW雷达在称为帧的单元中发射一系列这种等间隔的啁啾。在RX天线处接收的对应的信号被下变频、数字化并且然后被处理以获得雷达前方的多个物体的距离、速度和到达角。多输入多输出(MIMO)雷达是一种改进FMCW雷达的角度估计能力的技术。使用MIMO雷达，多个TX天线发射到同一组RX天线。从多个TX天线发出的信号需要是正交的(即，不应相互干扰)。确保正交性的一些常用方法是：时分多路复用(TDM-MIMO)、频分多路复用(FDM-MIMO)和码相多路复用。在TDM-MIMO中，来自不同TX天线的信号占用不同的时隙。在FDM-MIMO中，来自多个TX天线的信号在频率上是分开的。在码相多路复用中，多个TX天线使用不同的伪随机噪声码(PN码)同时发射信号，这使得信号能够在接收器处是分开的。FDM-MIMO在发射链和接收链上都会增加额外的硬件复杂性。码相多路复用导致性能下降(由于解扩噪声)和/或显著增加计算要求(用于对内啁啾码PN序列解码)。因此，TDM-MIMO在提供正交性方面优于其他方法。然而，TDM-MIMO操作模式导致雷达能够测量的最大无模糊速度的减小。使用常规TDM-MIMO雷达，任何以大于最大无模糊速度(vmax)的速度移动的物体都将具有其不正确地估计的速度。
技术实现思路
在所描述的示例中，一种方法确定由雷达检测的物体的绝对速度是否大于最大值。该方法包括在多个接收器上接收由至少两个发射器发射并从物体反射的啁啾的至少一个帧。估计虚拟阵列矢量S中的速度诱导相移基于每个接收器所接收的对应于由发射器所发射的啁啾(帧)的序列的信号计算S。使用校正虚拟阵列矢量S的每个元素的相位以生成校正的虚拟阵列矢量Sc。对校正的虚拟阵列矢量Sc的第一傅里叶变换生成校正的虚拟阵列谱。分析校正的虚拟阵列谱以检测指示物体具有大于最大速度的绝对速度的特征。附图说明图1是FMCW雷达的示意图。图2是啁啾信号的曲线图。图3是交错的啁啾信号的曲线图。图4是另一雷达的示意图。图5是具有两个发射器的雷达系统的示意图。图6是示出速度和到达角的组合影响的曲线图。图7是示出理想矩阵和错误校正矩阵的傅里叶变换的曲线图。图8是示例实施例的方法方面的流程图。图9是示例实施例的另一方法方面的流程图。图10示出具有另一架构的TDM-MIMO雷达系统。图11是示出用于图10的架构的理想矩阵和错误校正矩阵的傅里叶变换的曲线图。图12是示出用于距离-多普勒通道(Dopplerbin)中的两个物体的理想矩阵和错误校正矩阵的傅里叶变换的曲线图。具体实施方式在附图中，除非另有说明，否则对应的数字和符号通常指代对应的部分。附图不一定按比例绘制。术语“耦合”可以包括与中间元件建立的连接，并且附加元件和各种连接可以存在于“耦合”的任何元件之间。图1是FMCW雷达100的示意图。在图1中，雷达100布置有单个发射器102，如下文关于图2所述，该单个发射器102发射帧108。帧108从物体106反射，其中反射信号110-1至110-4分别由4个接收器104-1至104-4接收。使用单个TX天线将啁啾帧发射到单个RX天线，物体相对于雷达的相对运动在横跨序列啁啾的所接收的信号中诱导相位变化每个天线由可以部分或全部并入集成电路中的电路驱动。例如，集成电路可以使用一个或多个功率晶体管或功率模块产生信号并将信号施加到天线。驱动电路可以是分立的部件或并入模块的若干部件。在一些配置中，一个集成电路可以驱动多个天线。在其他配置中，单独的电路驱动每个天线和公共处理器以分析信号。图2是在RX天线上接收的啁啾信号的曲线图200。所接收的啁啾212-0是帧208中的参照啁啾和第一啁啾。所接收的啁啾212-1通过多普勒效应从其被发射时的定时相移所接收的啁啾212-2从其被发射时的定时相移因此，横跨啁啾的所接收的信号的相位存在线性进展(progression)当对与每个啁啾的所接收的IF信号对应的数字化样本执行距离-FFT时，将在横跨啁啾的距离-FFT(下文中进一步描述)的对应的峰中看到该相位进展。该序列在图2中描绘。为简单起见，在本说明书中，初始相位值被称为零。所接收的信号的相位的线性进展允许横跨序列啁啾使用傅里叶变换来估计可以使用快速傅里叶变换(FFT)装置和技术对横跨序列啁啾的所接收的信号完成估计。相位变化与物体的速度成正比，由等式(1)给出：其中Tc是啁啾周期(即从一个啁啾起始点到下一个啁啾起始点的时间)，并且λ是对应于啁啾的起始频率的波长。因此，在已经被估计之后(诸如通过使用FFT)，可以使用等式(2)将物体的速度估计为vest：参数是相位量，只有其位于-π和π弧度之间，才能无模糊地估计该相位量。对的限制直接对能无模糊地估计的最大速度(vmax)的值加以限制。在等式(2)中代入给出等式(3)，等式(3)产生vmax的以下值。因此，能够由雷达直接测量的最大无模糊速度(±vmax)取决于啁啾周期Tc。较小的Tc产生较高的vmax。周期Tc是指来自相同TX天线的连续啁啾的起始点(或任何对应点)之间的时间。因此，在所有其他方面相同的情况下，用于具有两个TX天线的TDM-MIMO雷达配置的vmax将是单个TX雷达配置的vmax的一半。图3在帧308中图示了的这一点。曲线图300包括啁啾312-0至312-(N-1)，啁啾312-0至312-(N-1)由一个发射器(TX)发射并在时间上与来自第二发射器的啁啾314-0至314-(N-1)交错。Tc是来自一个发射器的啁啾的周期。图3图示了该周期，其中Tc是从啁啾312-0的末端至啁啾312-1的末端被测量的。与图2所图示的单个发射器TDM-MIMO不同，图2中的Tc从啁啾212-0的末端延至啁啾212-1的末端，图3中的周期Tc是图2中的周期Tc的两倍长。通常，具有M个发射器的TDM-MIMO系统具有是单个发射器系统的周期的M倍的周期。然而，如上在等式(3)中所述，vmax与Tc成反比。因此，使用的发射天线的数量越大，最大速度vmax越低。在图1中，物体106直接位于发射器102和接收器104-1至104-4的前面。该示例是一种特殊情况，其中因为物体处于垂直于TDM-MIMO阵列的位置，所以所接收的啁啾将基本上在同一时间到达所有接收器。被检测的大多数物体相对于TDM-MIMO系统成一角度。图4是另一雷达400的示意图。图4中以与图1中的元件类似的方式编号的元件执行类似的功能。例如，元件402、404-1至404-4和406执行与图1中的元件102、104-1至104-4和106类似的功能。在图4中，物体406相对于发射器(TX)402和接收器(RX)404-1至404-4成角度θ。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路，其包括：至少两个端口，所述至少两个端口被耦合以接收由至少两个发射器发射并从物体反射的多个啁啾；以及处理器，所述处理器被配置为：基于由每个接收器接收的对应于由所述至少两个发射器发射的啁啾(帧)的序列的信号，估计信号的虚拟阵列矢量S的速度诱导相移

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.09 IN 201641023530;2016.12.07 US 15/371,751.一种集成电路，其包括：至少两个端口，所述至少两个端口被耦合以接收由至少两个发射器发射并从物体反射的多个啁啾；以及处理器，所述处理器被配置为：基于由每个接收器接收的对应于由所述至少两个发射器发射的啁啾(帧)的序列的信号，估计信号的虚拟阵列矢量S的速度诱导相移使用校正虚拟阵列矢量S的每个元素的相位以生成校正的虚拟阵列矢量Sc；对所述校正的虚拟阵列矢量Sc执行第一傅里叶变换以生成校正的虚拟阵列谱；以及分析所述校正的虚拟阵列谱以检测指示所述物体具有大于最大速度的绝对速度的特征。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述处理器进一步被配置为：使用对应于所述特征的相位误差矢量来校正所述校正的虚拟阵列矢量Sc；并对结果矩阵执行第二傅里叶变换以确定所述特征是否从所述结果矩阵中消除。3.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述处理器进一步确定所述物体的正确速度。4.根据权利要求3所述的集成电路，其中使用以下公式确定所述正确速度：其中Tc是啁啾周期并且λ是所述啁啾的波长；以及vtrue＝vest+2vmax(如果vest＜0)或vtrue＝vest-2vmax(如果vest＞0)，其中vtrue是所述正确速度并且vmax由公式确定。5.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述至少两个端口为四个端口。6.根据权利要求1所述的集成电路，进一步包括用于驱动所述至少两个发射器中的至少一个的电路。7.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述处理器进一步通过分析Sc来确定所述特征是否由多个物体导致。8.一种用于确定雷达检测到的物体的速度是否大于最大速度的方法，所述方法包括：在多个接收器上接收由至少两个发射器发射并从所述物体反射的啁啾的至少一个帧；估计由每个接收器接收的对应于由每个发射器发射的啁啾(帧)的序列的信号的虚拟阵列矢量S中的速度诱导相移使用校正虚拟阵列矢量S的每个元素的相位以生成校正的虚拟阵列矢量Sc；对所述校正的虚拟阵列矢量Sc执行第一傅里叶变换以生成校正的虚拟阵列谱，以及分析所述校正的虚拟阵列谱以检测指示所述物体具有大于最大速度的绝对速度的特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·拉奥，K·苏布拉吉，D·王，A·艾哈迈德，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US