栅瓣检测的基于数字波束形成的分辨制造技术

本公开涉及一种栅瓣检测的基于数字波束形成的分辨。一种天线系统(诸如，雷达天线系统)包括天线阵元的阵列和控制器。所述控制器响应于针对目标的到达角小于针对到所述目标的给定距离的阈值角而输出路径中指示符。所述到达角是基于从定义来自所述目标的第一复合信号返回和第二复合信号返回的数据推导得到的微分相位角以及第一孔径和第二孔径之间的相位中心偏移的，其中，第一复合信号返回和第二复合信号返回分别与第一孔径和第二孔径关联。所述第一孔径和所述第二孔径分别由天线阵元的第一子集和第二子集形成。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及阵列天线雷达。
技术介绍
波束形成是对来自一组非定向天线的无线电信号进行组合以模拟定向天线。虽然模拟的天线不可以以物理方式移动，但是所述天线可以以电子方式被调整指向。在通信中，波束形成被用于在信号源处调整天线的指向，以减少干扰并提高通信质量。在测向应用中，波束形成可被用于引导天线以确定信号源的方向。
技术实现思路
一种分辨栅瓣的检测的方法包括：通过控制器，对来自多个天线阵元中的每个天线阵元的指示来自目标的信号返回的输出进行采样，对来自所述多个天线阵元的被选择以形成第一孔径的第一子集的输出进行组合，以针对所述第一孔径定义来自所述目标的第一复合信号返回，对来自所述多个天线阵元的被选择以形成第二孔径的第二子集的输出进行组合，以针对所述第二孔径定义来自所述目标的第二复合信号返回。所述方法还包括：通过控制器，对定义所述第一复合信号返回和所述第二复合信号返回的输出进行处理，以识别所述第一复合信号返回与所述第二复合信号返回之间的微分相位角，基于所述微分相位角和所述多个孔径之间的相位中心偏移来定义所述目标的到达角，响应于所述到达角小于针对到所述目标的给定距离的阈值角，输出路径中(in-path)指示符。一种天线系统包括天线阵元的阵列和控制器。所述控制器响应于针对目标的到达角小于针对到所述目标的给定距离的阈值角而输出路径中指示符。所述到达角是基于从定义来自所述目标的第一复合信号返回和第二复合信号返回的数据推导得到的微分相位角以及第一孔径和第二孔径之间的相位中心偏移的，其中，第一复合信号返回和第二复合信号返回分别与第一孔径和第
二孔径关联。所述第一孔径和所述第二孔径分别由天线阵元的第一子集和第二子集形成。根据本专利技术的一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于所述到达角大于所述阈值角，输出路径外(out-of-path)指示符。根据本专利技术的一个实施例，所述多个孔径由相同数量的天线阵元形成。根据本专利技术的一个实施例，所述多个孔径由不同数量的天线阵元形成。根据本专利技术的一个实施例，形成第一孔径的天线阵元是彼此相邻的，并且形成第二孔径的天线阵元是彼此相邻的。根据本专利技术的一个实施例，所述微分相位角与相对于孔径的视轴的到所述目标的角方向成比例。根据本专利技术的一个实施例，所述控制器还被配置为：执行所述数据的相位单脉冲处理，以推导所述微分相位角。一种车辆包括天线阵元的阵列和控制器。所述控制器基于对定义分别来自第一孔径和第二孔径的第一复合信号返回和第二复合信号返回的输出的相位单脉冲处理而选择性地输出路径中指示符，其中，所述第一孔径和所述第二孔径分别由天线阵元的不同的子集形成。第一复合信号返回和第二复合信号返回均指示主瓣或栅瓣。根据本专利技术的一个实施例，所述子集使得所述多个孔径具有在孔径之间的相位中心偏移。根据本专利技术的一个实施例，所述多个孔径由相同数量的天线阵元形成。根据本专利技术的一个实施例，所述多个孔径由不同数量的天线阵元形成。根据本专利技术的一个实施例，形成第一孔径的天线阵元是彼此相邻的，并且形成第二孔径的天线阵元是彼此相邻的。附图说明图1是包括用于数字波束形成的子阵列的阵列的车辆的示意图。图2是具有λ/2间距和30dB的切比雪夫加权的四元阵列的增益相对于角度的波束方向图。图3是具有3λ/2间距和30dB切比雪夫加权的十二元阵列的增益相对于角度的波束方向图。图4是单脉冲的几何结构的示意图。图5是典型的用于线性FM调制的零差车载雷达架构以及关联的信号相位等式的示意图。图6是具有3λ/2间距和30dB切比雪夫加权的十一元阵列的增益相对于角度的波束方向图。图7是用于分辨复合信号返回指示主瓣还是栅瓣的算法的流程图。具体实施方式在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可采取多种替代形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以多种形式利用本专利技术的代表性基础。阵列天线一般被用于雷达系统，尤其是车载雷达系统(这些系统通常采用具有数字波束形成(DBF)的脉冲多普勒处理)。很多当前的系统和遗留的系统使用这种类型的天线以便利用这种类型的天线的剖面小且辐射高效的优点。另外，在利用来自单独的阵元或多个阵元组(也称作子阵列)的多个接收信道方面，可应用DBF技术，以通过对相同的数据集施加不同的复权重来同时形成多个方向上的波束。在形成阵列的过程中，为了避免被称为栅瓣的元素，阵元之间必须间隔小于感兴趣的最高频率的二分之一波长。这些瓣基本上是呈现为以与欠采样因子成比例的角度的主波束的复制。本质上，当阵列在空间上欠采样时，栅瓣会出现。针对未将阵元间隔小于二分之一的波长，存在多种原因。一种原因是为了让阵元成为有效的辐射体，在一定程度上间距应该是至少四分之一波长。可以证明将这样的辐射阵元间隔二分之一波长是困难的，并且还会导致相邻的阵元之间的不期望的耦合，对整体波束方向图产生不利的影响。此外，如果将要采用DBF技术的话，则存在对于接收机中可支持的信道的数量的限制，这进而限制了阵列的整体尺寸，并且因此限制可实现的波束宽度和增益。另外，作为阵元的子群的所谓的子阵列被采用，并且即使实际的阵元到阵元的间距小于二分之一的波长，这些子阵列也可能不容易重叠，其中，所述子阵列将有效阵元间距再次设置为大于二分之一的波长。因此，在很多情况下，
有效的阵元间距大于二分之一的波长，为了将栅瓣置于感兴趣的视场(FOV)之外而尽力对间距进行选择，所述感兴趣的视场在很多情况下是必须小于180度的。不幸的是，就是因为栅瓣不在感兴趣的FOV之内，才造成不会使它们免于拾取来自FOV以外的对象的返回。由栅瓣(或者针对所述问题，可以是任何旁瓣)拾取的对象将与在天线波束的主瓣中拾取的对象难以区分，并且因此可能错误地表现为感兴趣的对象。经常在车载雷达系统中采用的一种抑制栅瓣的手段涉及使用单独的发射天线和接收天线。在这种技术中，发射天线波束通常被设计为照射感兴趣的视场，而在接收天线上采用DBF以形成覆盖感兴趣的FOV的多个方向上的窄且较高增益的波束。发射波束还被设计为使得其波束图中的零点与接收波束中的栅瓣的位置相对应。这是相当有效的，但是具有大的雷达截面的对象仍然可被栅瓣检测到，并且需要进一步的抑制。作为DBF处理的一部分应用的幅度加权可帮助减小栅瓣的幅度，但是必须小心一些复权重会加剧栅瓣。此外，该技术与上述发射波束置零技术相结合可以是有效的。不幸的是，一些大的雷达截面(RCS)目标仍然可以在栅瓣中被检测到，并且需要进一步抑制的技术。子阵列通常被用于给出有助于控制栅瓣的有效阵元方向图。虽然子阵列的间距会导致更严重的栅瓣，但是子阵列的阵列的有效的阵元方向图可非常有效地控制栅瓣。在此提出的特定的抑制栅瓣(或者通常称为旁瓣)检测的技术利用DBF技术的优点。由于多信道接收数据对处理器可用，所以可应用不同的加权。因此在N个阵元(或子阵列)的阵列中，可对阵元应用加权，使得阵元中的一个从所述阵列被有效地移除，从而由一个阵元或(子阵列)形成更小的阵列。这将由于更小的阵列尺寸而具有稍宽的波束宽度，但是由于阵元(或子阵列)间距是相同的，所以栅瓣将在相同的角位置处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分辨栅瓣的检测的方法，包括：通过控制器执行以下操作：对来自多个天线阵元中的每个天线阵元的指示来自目标的信号返回的输出进行采样；对来自所述多个天线阵元的被选择以形成第一孔径的第一子集的输出进行组合，以针对所述第一孔径定义来自所述目标的第一复合信号返回；对来自所述多个天线阵元的被选择以形成第二孔径的第二子集的输出进行组合，以针对所述第二孔径定义来自所述目标的第二复合信号返回；对定义所述第一复合信号返回和所述第二复合信号返回的输出进行处理，以识别所述第一复合信号返回与所述第二复合信号返回之间的微分相位角；基于所述微分相位角和所述多个孔径之间的相位中心偏移来定义所述目标的到达角；响应于所述到达角小于针对到所述目标的给定距离的阈值角，输出路径中指示符。

【技术特征摘要】
2015.02.27 US 14/633,9581.一种分辨栅瓣的检测的方法，包括：通过控制器执行以下操作：对来自多个天线阵元中的每个天线阵元的指示来自目标的信号返回的输出进行采样；对来自所述多个天线阵元的被选择以形成第一孔径的第一子集的输出进行组合，以针对所述第一孔径定义来自所述目标的第一复合信号返回；对来自所述多个天线阵元的被选择以形成第二孔径的第二子集的输出进行组合，以针对所述第二孔径定义来自所述目标的第二复合信号返回；对定义所述第一复合信号返回和...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·保罗·艾博林，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US