用于在MIMO雷达中获取角度多普勒签名的方法和系统技术方案

一种用于使用多输入多输出(MIMO)雷达中的稀疏阵列来获取目标的角度多普勒签名的方法，所述MIMO雷达包括发射天线阵列，所述发射天线阵列是至少一维(例如，二维、三维或者四维)的，并且具有多个天线元件。所述方法包括：生成用于由所述发射天线阵列发送的发射信号，所述发射信号至少定义所述发射天线阵列内的相位中心的第一发射轨迹(例如，圆形)；以及使用幅度调制通过所述发射天线阵列发送所述发射信号。所述方法还包括：从所述目标接收接收信号，所述接收信号产生于所述发射信号入射在所述目标上；以及根据所述接收信号确定所述角度多普勒签名。所述第一发射轨迹使得，在操作中，所述相位中心在所述发射天线阵列内经历非线性运动。

A Method and System for Obtaining Angular Doppler Signature in MIMO Radar

A method for obtaining an angular Doppler signature of a target using a sparse array in a multi-input multi-output (MIMO) radar comprising a transmitting antenna array that is at least one-dimensional (e.g., two-dimensional, three-dimensional or four-dimensional) and has multiple antenna elements. The method includes: generating a transmission signal for transmission by the transmitting antenna array, which defines at least the first transmission trajectory (e.g., circular) of the phase center within the transmitting antenna array, and transmitting the transmission signal through the transmitting antenna array using amplitude modulation. The method also includes receiving a received signal from the target, generating the received signal from the transmitting signal incident on the target, and determining the angle Doppler signature according to the received signal. The first transmitting trajectory causes the phase center to undergo a non-linear motion in the transmitting antenna array in operation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在MIMO雷达中获取角度多普勒签名的方法和系统
概括地说，本专利技术涉及例如用在机动车中的使用MIMO雷达进行的对物体的无线检测，并且更具体地说，本专利技术涉及用于使用非线性相位中心运动(PCM)获取角度多普勒签名的方法和系统。
技术介绍
在现代车辆中，雷达系统被越来越多地使用，即，用于感应相邻的物体/目标(包括其它的车辆)、用于车道变更、碰撞避免和其它的驾驶员辅助功能。雷达系统中的就角度、多普勒和距离来说的非模糊的区分仍然是调查研究的领域。角分辨率在物理上受总天线阵列大小的限制。已知的虚拟多输入多输出(MIMO)概念就它们的相控阵列对应物来说利用相同数量的天线元件提供更好的角分辨率。对稀疏阵列和正交信号的使用导致产生处理单元中的几乎填满了的阵列。在现有技术中已经广泛讨论了达到就发射信号来说的正交性。实现虚拟MIMO方案的一种简单的方法是时分复用(TDM)MIMO原理；见D.Zoeke和A.Ziroff，“PhasemigrationeffectinmovingtargetlocalizationusingswitchedMIMOarrays”，第12届欧洲雷达会议程序，2015。在这个概念中，已经通过切换发射Tx和接收Rx信道以使得Rx和Tx的全部组合已经在相干处理间隔(CPI)内发生来实现波形的独立性。对这种方法的分析导致理解TDMMIMO概念实际上是天线结构内的线性相位中心运动。由于线性相位中心运动(PCM)，目标角度被编码成频率。然而，如果存在使PCM失真的额外的目标运动，强的角度多普勒耦合发生，并且必须被解决。在Zoeke和Ziroff论文中，通过使用一个移动的和一个固定的相位来解决这个问题。固定的相位中心(PC)被用于多普勒补偿。一个问题在于，这种方法仅如果没有任何其它的目标出现在相同的距离筐处而具有不同的多普勒频移时起作用。后者的结果是，重影目标出现在距离-角度-多普勒地图内。此外，在Zoeke和Ziroff论文中所公开的方法中，在接收机和发射机的天线阵列内，仅一个发射机和一个接收机被同时地开启，并且相位中心被取为阵列内的离散的位置。所使用的开关方案被称为被混合、交织、堆叠和多堆叠，并且全部导致产生线性PCM。这样的方案中的全部方案对角度进行编码，并且对于虚拟MIMO方法利用角度的正交性，但全部遭受由目标的运动目标引起的相位改变的困扰。开关方案自身可以被理解为用于单个轨迹的一种相位中心运动。相应地，利用所公开的技术，使用了仅单个轨迹；并且所呈现的轨迹全部遭受目标多普勒频移的困扰，并且因此与本专利技术的情况一样，不是同时在角度和多普勒上正交的。在Y.-B.G.ShiwenYang和P.K.Tan，“Linearantennaarrayswithbidirectionalphasecentermotion”，IEEE天线和传播学报，第53卷，第5号，第1829–1835页，2005年5月中，呈现了线性阵列中的双向线性相位中心运动。作者介绍了受相位中心运动影响的多普勒频移。那些多普勒频移被用于将辐射模式旁瓣的功率移位到另一个频谱中。旁瓣的多普勒频移是由被远场中的目标看到的有效相位中心轨迹的角度依赖性引起的。在Y.B.G.ShiwenYang和A.Qing，“Sidebandsuppressionintime-modulatedlineararraysbythedifferentialevolutionalgorithm”，IEEE天线和无线传播信函，第1卷，第173–175页，2002年11月和J.Guo,S.Yang，S.-W.Qu,J.Hu和Z.Nie，“Astudyonlinearfrequencymodulationsignaltransmissionby4-dantennaarrays”，IEEE天线和传播学报，第63卷，第12号，第5409–5416页，2015年12月中，关于应用辐射模式设计算法和不同于线性方法的其它形式的天线中心开关作出了进一步的研究。然而，所公开的技术全部涉及单轨迹方法，并且不涉及轨迹的正交性。在D.R.Fuhrmann和G.S.Antonio，“Transmitbeamformingformimoradarsystemsusingpartialsignalcorrelation”，2004中，提供了一种模型，该模型使用仅天线元件之间的相关性，即，没有时间相关性的仅空间相关性。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是如何减少角度多普勒模糊和提高目标检测的区分度。为了克服上面提到的问题，本专利技术提供了一种用于使用多输入多输出(MIMO)雷达获取目标或者多个目标的角度多普勒签名的方法，所述MIMO雷达包括发射天线阵列，所述发射天线阵列是至少一维的，并且具有多个天线元件。所述方法包括：生成用于由所述发射天线阵列发送的发射信号，所述发射信号至少定义所述发射天线阵列内的相位中心的第一发射轨迹；以及使用所述发射天线阵列发送所述发射信号。所述方法进一步包括：从所述目标接收接收信号，所述接收信号产生于所述发射信号入射在所述目标上(和随后的来自所述目标的反射)；以及根据所述接收信号确定所述角度多普勒签名。所述第一发射轨迹使得在操作中所述相位中心在所述发射天线阵列内经历非线性运动。本专利技术解决了由非线性PCM导致的角度多普勒模糊的问题。所述PCM被用于非模糊角度多普勒编码。优选地，所述MIMO雷达包括接收天线阵列，所述接收天线阵列是至少一维的，并且具有多个天线元件。优选地，从所述目标接收所述接收信号包括：使用所述接收天线阵列接收所述接收信号；并且所述接收信号至少定义所述接收天线阵列内的相位中心的第一接收轨迹。所述第一发射轨迹和所述第一接收轨迹可以与彼此相对应或者相同。优选地，所述第一发射轨迹和/或所述第一接收轨迹与所述发射信号的幅度调制(AM)相对应。优选地，所述发射信号由以下方程给出：其中，所述向量wTx(t)代表AM，B是啁啾带宽，以及Tc是啁啾持续时间。所述接收信号可以由以下方程给出：其中，ω0是载波角频率，Sk是MIMO信道矩阵，Ak是第k个目标雷达横截面，ωDk是第k个目标多普勒频移，K是目标的总数，rk是目标距离，以及c0是光速。所述方法优选地进一步包括：向下混合所述接收信号y(t)以获取由以下方程给出的经向下混合的信号yDM(t)：其中所述方法优选地进一步包括：将所述经向下混合的信号yDM(t)变换到离散时域以获取由以下方程给出的基带信号yBB(is)：其中，ω0是载波角频率，ωBk是就FMCW来说的距离对应拍频，Sk是MIMO信道矩阵，Ak是第k个目标雷达横截面，ωDk是第k个目标多普勒频移，K是目标的总数，rk是目标距离，以及c0是光速。所述方法优选地进一步包括：从所述基带信号yBB(is)导出由以下方程给出的多普勒签名yDS(ic)：其中，SkwTx(icTc)是由以下方程给出的所述发射天线阵列的组因子GTx其中，dTx是发射天线元件的元件间间隔，φk是第k个目标到达角度，wTxn是所述幅度调制向量wTx的第n个元素，N是wTx内的元素的总数，以及k0是自由空间波数。所述AM向量wTx包括所述发射相位中心。优选地，所述第一发射轨迹和/或所述第二发射轨迹是使用由以下方程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用多输入多输出(MIMO)雷达获取目标的角度多普勒签名的方法，所述MIMO雷达包括发射天线阵列，所述发射天线阵列是至少一维的并且具有多个天线元件，所述方法包括：生成用于由所述发射天线阵列发送的发射信号，所述发射信号定义了所述发射天线阵列内的相位中心的至少第一发射轨迹；以及使用所述发射天线阵列发送所述发射信号；接收来自所述目标的接收信号，所述接收信号产生于所述发射信号入射在所述目标上；以及根据所述接收信号来确定所述角度多普勒签名；其特征在于，所述第一发射轨迹使得，在操作中，所述相位中心在所述发射天线阵列内经历非线性运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.13 LU 93262;2016.12.14 LU 933761.一种用于使用多输入多输出(MIMO)雷达获取目标的角度多普勒签名的方法，所述MIMO雷达包括发射天线阵列，所述发射天线阵列是至少一维的并且具有多个天线元件，所述方法包括：生成用于由所述发射天线阵列发送的发射信号，所述发射信号定义了所述发射天线阵列内的相位中心的至少第一发射轨迹；以及使用所述发射天线阵列发送所述发射信号；接收来自所述目标的接收信号，所述接收信号产生于所述发射信号入射在所述目标上；以及根据所述接收信号来确定所述角度多普勒签名；其特征在于，所述第一发射轨迹使得，在操作中，所述相位中心在所述发射天线阵列内经历非线性运动。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述MIMO雷达包括接收天线阵列，所述接收天线阵列是至少一维的并且具有多个天线元件，其中：从所述目标接收所述接收信号包括：使用所述接收天线阵列接收所述接收信号；并且所述接收信号定义了所述接收天线阵列内的相位中心的至少第一接收轨迹。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一发射轨迹和所述第一接收轨迹相对应或者相同。4.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其中，所述第一发射轨迹和/或所述第一接收轨迹与所述发射信号的幅度调制(AM)相对应。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述发射信号由以下方程给出：其中，所述向量wTx(t)代表AM，B是啁啾带宽，以及Tc是啁啾持续时间。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述接收信号由以下方程给出：其中，ω0是载波角频率，Sk是MIMO信道矩阵，Ak是第k个目标雷达横截面，ωDk是第k个目标多普勒频移，K是目标的总数，rk是目标距离，以及c0是光速。7.根据权利要求6或者任何从属于其的权利要求所述的方法，还包括：向下混合所述接收信号y(t)以获取由以下方程给出的所向下混合的信号yDM(t)：其中，8.根据权利要求7所述的方法，还包括：将所向下混合的信号yDM(t)变换到离散时域以获取由以下方程给出的基带信号yBB(is)：其中，ω0是载波角频率，ωBk是就FMCW来说的距离对应拍频，Sk是MIMO信道矩阵，Ak是第k个目标雷达横截面，ωDk是第k个目标多普勒频移，K是目标的总数，rk是目标距离，以及c0是光速。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：从所述基带信号yBB(is)导出由以下方程给出的多普勒签名yDS(ic)：其中，SkwTx(icTc)是由以下方程给出的所述发射天线阵列的组因子GTx：其中，dTx是发射天线元件的元件间间隔，φk是第k个目标到达角度，wTxn是所述幅度调制向量wTx的第n个元素，N是wTx内的元素的总数，以及k0是自由空间波数，并且其中，所述AM向量wTx包括所述发射相位中心。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一发射轨迹和/或第二发射轨迹是使用由以下方程定义的相位中心位置xPC形成的：其中，kx＝k0Sin(φk)。11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第一发射轨迹和/或所述第二发射轨迹被形成为使得相应的相位中心的运动是成正弦的。12.根据权利要求11所述的方法，还包括：根据以下方程从所述接收信号导出多普勒签名yDS(ic)：其中，ωCPI是用于相干处理间隔(CPI)的角频率，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·哈梅斯，Y·尼苏尔，B·奥特斯滕，U·施罗德，
申请(专利权)人：IEE国际电子工程股份公司，卢森堡大学，
类型：发明
国别省市：卢森堡,LU