用于增加汽车雷达系统中的角分辨率的方法和设备技术方案

在此描述了一种汽车雷达系统和利用三通道切换天线来改进方位跟踪雷达的角分辨率的相关处理技术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增加汽车雷达系统中的角分辨率的方法和设备
在此描述的概念、系统、电路、装置和技术大体上涉及射频(RF)电路，更具体地涉及汽车雷达系统。
技术介绍
如本领域已知的，一些现有的汽车雷达系统检测产生具有一信号强度的雷达返回信号的目标，所述信号强度超过范围/多普勒空间中的阈值信号强度。然后，雷达对每个目标进行X-Y位置和速度的估计。这种方法典型地需要为状态机形式的并且以阈值和启发式跟踪的算法。参照图1-1A，一些传统的汽车雷达系统使用两个天线，每个天线馈送双通道接收器的一个通道。如图1A所示的，两个通道中的信号之间的相位差提供角度信息，其可以用于检测方位平面中的目标。理论上，二分之一波长(λ/2)的天线间隔使得这样的双通道汽车雷达系统能够在180゜视场(FOV)范围内提供明确的角度信息。
技术实现思路
然而，一些汽车雷达系统使用相对较小且便宜的天线和其他部件。这是由于成本考虑和尺寸限制。天线中的这种限制导致天线质量和天线与其上安装有汽车雷达系统的车体相互作用的问题。特别地，并且根据在此描述的概念、系统和技术，已经认识到，使用相对较小和便宜的天线导致汽车雷达系统中的方位角和相位差之间的复杂的相位关系。还已经认识到，传统的双通道汽车雷达系统(也称为双通道汽车“传感器”系统)产生不能容易地解决的模糊性。具体地，如图1B中所示的，在实际应用中，传统的双通道汽车雷达系统的限制(即利用间隔开λ/2的两个天线，每个天线馈送2-通道接收器的一个通道)变得很清楚。在传统的双通道汽车雷达系统的实际应用中，射频(RF)能量与天线周围环境的相互作用导致汽车雷达系统的相位响应中的波动。汽车仪表板、支架、车体及其他结构和因素都可能导致这种相位波动。此外，由于天线和雷达外壳的边缘出现在具有显着RF能量的位置处，因此雷达的小尺寸有助于相位失真。因此，如图1B中所示的，在实际系统中生成的相位曲线具有一些区域(例如，在图1B中在大约50和60度之间)，其中角分辨率使得存在模糊性，因此角分辨率是不可接受的。根据在此所述的概念、系统和技术的一个方面，已经发现，通过添加第三天线可以在双通道汽车雷达系统中解决上述问题。因此，在此描述的是一种汽车雷达系统，其利用三通道切换天线来改善具有宽(即视野大于大约145或150度)的方位角跟踪双通道汽车雷达系统的角分辨率。当然，应当理解到，在此描述的概念和技术也可以应用于具有窄视场(FOV)的系统中，即，小于约150度的FOV—尽管视场窄要求可能允许在0和180度处具有衰减的RF能量传播的天线设计，并且因此当RF能量与天线附近的结构相互作用时减少问题的数量和严重性，所述结构包括但不限于例如天线的边缘板，外壳框架和/或车体。具体地，在双通道汽车雷达系统中，第一天线与第二天线间隔开λ/2的距离，并且第三天线与第二天线间隔开λ的距离并且与第一天线3λ/2的距离。第一天线被耦合到双通道接收器的第一通道，并且第二和第三天线(第二天线与第一天线间隔开λ/2并且第三天线与第一天线间隔开3λ/2)有选择地通过开关耦合到第二接收器通道。因此，从两个分离的天线接收的信号共享双通道接收器的一个通道。通过这种特定的布置，提供了一种具有不会导致模糊性的角分辨率的双通道汽车雷达系统。特别地，通过提供具有三个适当间隔开的天线并且两个天线选择性地共享单个通道的双通道汽车雷达系统，双通道汽车雷达系统可以生成两个(2)不同的相位曲线，其中相位曲线中的第一相位曲线对应于明确的相位曲线(与在具有λ/2天线间隔的传统的双通道系统中提供的基本相同)以及两个相位曲线中的第二相位曲线对应于具有不同于第一相曲线的斜率的斜率的相位曲线(例如通过使用λ/2天线间隔生成的相位曲线)。使用这种系统的优点包括但不限于：(1)3λ/2的相位曲线具有较高的方位角分辨率；(2)使用λ/2的相位曲线来解决3λ/2相位曲线中的模糊性；(3)系统对放置和安装不太敏感(较低的有效波动)；(4)系统提供了更好的视场(FOV)性能。根据在此描述的概念、系统和技术的另一方面，汽车雷达系统包括三个接收天线，第一天线与第二天线间隔开λ/2的距离，以及第三天线与第二天线间隔开λ的距离并且与第一天线间隔开3λ/2的距离。三个天线中的每一个都耦合到射频(RF)接收器中的三个通道中的一个。因此，每个接收器通道具有耦合到三个天线中的相应一个天线的输入端。利用这种特定的布置，提供了具有不会导致模糊性的角分辨率的三通道汽车雷达系统。特别地，通过提供具有三个适当间隔开的天线的三通道汽车雷达系统，三通道汽车雷达系统可以生成两个(2)不同的相位曲线，其中该相位曲线中的第一相位曲线对应于明确的相位曲线(与具有λ/2天线间隔的传统双通道系统中提供的相位曲线基本相同)以及该相位曲线中的第二相位曲线对应于具有与第一相位曲线的斜率不同的斜率的相位曲线(例如，通过使用3λ/2天线间隔生成的相位曲线)。使用这种系统的优点包括但不限于：(1)3λ/2的相位曲线具有较高的方位角分辨率；(2)λ/2的相曲线用于解算3λ/2的相位曲线中的模糊性；(3)所述系统对放置和安装不太敏感(较低的有效波动)；以及(4)所述系统提供了更好的视场(FOV)性能，因为雷达对衰减朝向0和180度方向的能量的需求较少。根据本公开的另一方面，一种汽车雷达系统包括：三个或更多个接收天线；具有耦合到所述接收天线中的相应一个的三个或更多个输入端口和输出端口的射频(RF)开关；单通道RF接收器，其具有耦合到RF开关的输出端以选择性地接收来自接收天线的RF信号的输入端口，以及具有输出端口；以及具有耦合到所述RF接收器的输出端口的输入端口的单通道中频(IF)接收器，其中所述IF接收器被配置为响应于从目标反射的所发射的线性调频脉冲，接收来自所述接收天线的交错线性调频脉冲返回信号并使用该交错的线性调频脉冲返回信号来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。根据本公开的另一方面，一种汽车雷达系统包括：三个或更多个接收天线；具有三个或更多个通道的射频(RF)接收器，每个接收器通道具有耦合到相应一个接收天线的输入端口和输出端口；具有耦合到所述RF接收器通道输出端口中的相应一个的三个或更多个输入端口并具有输出端口的中频(IF)开关；单通道IF接收器，其具有耦合到IF开关的输出端口以从RF接收器通道选择性地接收IF信号，其中IF接收器被配置为响应于从目标反射的发射的线性调频脉冲，从接收天线接收交错(interleaved)的返回信号并且使用该交错的返回信号来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。在一些实施例中，单通道IF接收器被配置为：将在大循环内收集的交错的线性调频脉冲返回信号转换成一组时域采样；对于每个接收天线，使用2D快速傅立叶变换(FFT)将时域采样转换为频域，以获得在每个范围/多普勒频段中的目标的幅度和相位；对于每个接收天线，至少部分地基于所述每个接收天线来修正在每个范围/多普勒箱中的目标的相位；以及基于每个范围/多普勒箱中的目标的修正相位来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。在某些实施例中，接收天线包括：第一接收天线；第二接收天线，其与第一天线间隔开在大约0.4λ至大约0.5λ的范围内的距离；以及第三接收天线，其与所述第二天线间隔开大约λ的距离并且与所述第一天线间隔开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方位跟踪双通道汽车雷达系统，包括：第一接收天线；与所述第一天线间隔开λ/2的距离的第二接收天线；第三接收天线，该第三接收天线与所述第二天线间隔开λ的距离并与所述第一天线间隔开3λ/2的距离；开关，该开关具有耦合到所述第二接收天线的输出端的第一输入端口、耦合到所述第三接收天线的输出端并具有输出端口的第二输入端口；双通道射频(RF)接收器，该双通道射频接收器具有第一射频接收器通道和第二射频接收器通道，所述第一射频接收器通道具有被耦合以从所述第一接收天线接收射频信号的输入端，所述第二射频接收器通道具有耦合到所述开关的输出端的输入端，以使得所述第二射频接收器通道从所述第二和第三接收天线选择性地接收射频信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.26 US 14/554,2241.一种方位跟踪双通道汽车雷达系统，包括：第一接收天线；与所述第一天线间隔开λ/2的距离的第二接收天线；第三接收天线，该第三接收天线与所述第二天线间隔开λ的距离并与所述第一天线间隔开3λ/2的距离；开关，该开关具有耦合到所述第二接收天线的输出端的第一输入端口、耦合到所述第三接收天线的输出端并具有输出端口的第二输入端口；双通道射频(RF)接收器，该双通道射频接收器具有第一射频接收器通道和第二射频接收器通道，所述第一射频接收器通道具有被耦合以从所述第一接收天线接收射频信号的输入端，所述第二射频接收器通道具有耦合到所述开关的输出端的输入端，以使得所述第二射频接收器通道从所述第二和第三接收天线选择性地接收射频信号。2.根据权利要求1所述的汽车雷达系统，其中所述第一和第二接收器通道包括下变频器，该下变频器接收从所述天线中的相应天线提供给其的射频信号并在其输出端提供下变频信号。3.根据权利要求1所述的汽车雷达系统，其中所述开关被设置为单刀双掷开关。4.根据权利要求1所述的汽车雷达系统，其中所述第一、第二和第三天线被设置为阵列天线。5.根据权利要求4所述的汽车雷达系统，其中所述第一、第二和第三天线被设置为线性阵列天线。6.根据权利要求5所述的汽车雷达系统，其中所述第一、第二和第三天线每个都由贴片天线元件的线性阵列提供。7.一种用于操作包括方位跟踪双通道射频(RF)接收器的汽车雷达系统的方法，所述方法包括：(a)从耦合到第一天线的双通道射频接收器的第一通道生成第一组相位值；(b)从选择性地耦合到与第一天线间隔开λ/2的距离的第二天线的所述双通道射频接收器的第二通道生成第二组相位值；(c)从选择性地耦合到与第一天线间隔开3λ/2的距离的第三天线的所述双通道射频接收器的第二通道生成第三组相位值；(d)从第一和第二组相位值生成第一相位曲线；(e)从第一和第三组相位值生成第二相位曲线；以及(f)将第一相位曲线的相位值与第二相位曲线的相位值进行比较，以明确地解算所述相位，从而提高所述汽车雷达系统的角分辨率。8.根据权利要求7所述的方法，还包括：从发射天线发射射频信号；响应于发射的射频信号，在第一接收天线中接收射频返回信号；响应于发射的射频信号，在与第一天线间隔开λ/2的距离的第二接收天线中接收射频返回信号；以及响应于发射的射频信号，在与第一天线间隔开3λ/2的距离的第三接收天线中接收射频返回信号。9.一种用于操作包括方位跟踪双通道射频(RF)接收器的汽车雷达系统的方法，所述方法包括：(a)从发射天线发射射频信号；(b)响应发射的射频信号，在第一接收天线中接收射频返回信号；(c)响应于发射的射频信号，在与第一天线间隔开λ/2的距离的第二接收天线中接收所述射频返回信号；(d)响应发射的射频信号，在与第一天线间隔开3λ/2的距离的第三接收天线中接收所述射频返回信号；(e)将通过第一接收天线接收的射频返回信号提供给双通道射频接收器的第一通道；(f)将通过第二接收天线接收的射频返回信号提供给开关的第一端口；(g)将通过第三接收天线接收的射频返回信号提供给开关的第二端口；(h)将通过第二接收天线接收的射频返回信号选择性地提供给双通道射频接收器的第二通道；(i)将通过第三接收天线接收的射频返回信号选择性地提供给双通道射频接收器的第二通道；(j)在所述双通道射频接收器的第一通道中，从经由所述第一天线接收的所述射频返回信号生成第一组相位值；(k)从选择性地耦合到所述第二天线的所述双通道射频接收器的第二通道生成第二组相位值；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：J米勒，JS普莱瓦，
申请(专利权)人：法雷奥雷达系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US