用于估计到达角的设备以及用于波束成形的设备制造技术

用于估计到达角的设备以及用于波束成形的设备。本发明专利技术涉及诸如雷达这样的无线电波接收器中的用于估计接收信号的到达角的设备以及波束成形设备。更具体地，本发明专利技术涉及一种通过使用多接收阵列天线利用通过对针对每个接收角度的信号的幅值和相位的失真度进行计算而得到的参考值来精确地估计接收信号的到达角的设备或者用于执行接收信号的波束成形的设备。

【技术实现步骤摘要】
用于估计到达角的设备以及用于波束成形的设备
本专利技术涉及诸如雷达这样的无线电波接收器中的用于估计接收信号的到达角的设备以及波束成形设备。更具体地，本专利技术涉及一种通过使用多接收(multi-reception)阵列天线利用通过对针对每个接收角度的信号的幅值和相位的失真度进行计算而得到的参考值来精确地估计接收信号的到达角的设备或者用于执行接收信号的波束成形的设备。
技术介绍
安装在车辆上的雷达装置需要高质量的角分辨率。例如，用于防止和避免向前碰撞的车辆雷达装置可以通过提取当相邻车道上的前方车辆插入(cutin)行驶车道或离开行驶车道时的角度来确定插入情况。车辆雷达可以通过高质量的角分辨率来减小在插入或离开的情况下检测到错误目标的概率，以因此预测碰撞情况并因此确保驾驶员的安全。此外，车辆雷达需要具有用于在相对小的角度范围内检测远目标的中/远距离检测功能、以及用于在相对宽的角度范围内利用单个天线组件来检测附近目标的近距离检测功能。此外，典型的雷达装置被配置为具有多个接收天线，所述多个接收天线被布置为获得高质量的角分辨率。也就是说，常规雷达装置采用用于通过布置多个接收天线信道来提高高质量角分辨率的结构。在这种雷达装置中，一个或更多个发射天线可以发射发送信号，并且多个接收天线元件可以接收由目标反射的反射信号，以因此通过分析接收信号来计算该目标的距离和角度。此外，可以通过将恒定复合权重(complexweight)分配到多个接收天线元件或者多个接收信道来限定接收信号的波束的导引向量(steeringvector)，并且接收信号的波束可以根据导引向量值而具有特定的方向性。如上所述，通过使用多个接收信道将接收波束引导至特定方向的操作可以被表达为波束成形。典型的雷达传感器仅使用与目标的距离和速度有关的信息。然而，随着对安全技术的日益增长的需求，已经应用了高分辨率的数字波束成形方法，并且需要用于精确地估计接收信号的到达角的算法。此外，在典型的雷达装置中，通过多个接收信道接收的接收信号可能由于硬件问题而具有不同的相位值。因此，为了对针对每个接收信道的相位值的差进行补偿，要预先确定用于每个信道的相位补偿值，并且要通过在实际测量的情况下反映用于每个信道的相位补偿值来对接收信号进行补偿，这可以被表达为校准。此时，通常基于从雷达装置的前方(在参考角度，即0°处)接收到的信号来确定用于每个信道的相位补偿值。因此，如果在超出参考位置(即，雷达的前方位置)的角度处接收到用于确定相位补偿值的信号，则相位补偿值可以根据超出参考位置的角度而不同，因此使校准的性能恶化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够提高雷达的接收性能的设备。本专利技术的另一目的在于提供一种用于设置针对每个测量角度的参考值并且用于利用所述参考值来估计接收信号的到达角或者执行接收信号的波束成形的设备。本专利技术的另一目的在于提供一种估计到达角的设备或者用于执行波束成形的设备，该设备可以执行以下操作：预先确定通过对针对每个测量角度的信号的幅值和相位的失真度进行计算而得到的参考值；通过使用所述参考值来计算相位补偿值；并且利用所述相位补偿值来精确地估计接收信号的到达角，或者通过使用所述参考值来执行接收信号的波束成形。本专利技术的另一目的在于提供一种利用通过对针对每个测量角度的信号的幅值和相位的失真度进行计算而得到的参考值来执行信号处理的设备，以因此根据针对每个接收信道的信号的幅值与相位之间的失配、传感器的位置误差、信号定向误差和互耦合问题来减小到达角的估计误差，并因此减小波束成形误差。为了实现以上目的，本专利技术的实施方式提供了一种用于利用天线阵列来估计信号的到达角的设备，该设备可以包括：相位补偿值计算单元，该相位补偿值计算单元被配置为利用通过对针对每个测量角度的接收信号的幅值和相位的失真度进行计算而得到的参考值，来获得用于每个测量角度的相位补偿值；导引向量计算单元，该导引向量计算单元被配置为利用通过反映所述相位补偿值而计算出的阵列天线补偿值并且利用预定导引向量，来计算补偿导引向量；以及到达角估计单元，该到达角估计单元被配置为通过基于所计算的补偿导引向量和从所述阵列天线的两个或更多个接收信道接收的接收信号而创建的频谱来估计到达角。所述到达角估计单元可以通过将所述补偿导引向量和所述接收信号反映到预定的到达角估计算法来创建通过对所述接收信号的频谱进行补偿而得到的补偿频谱，以因此利用所述补偿频谱来估计所述接收信号的到达角，并且所述到达角估计算法可以是Bartlett波束成形算法、Capon波束成形算法或者MUSIC波束成形算法中的一种。此外，用于每个测量角度的所述相位补偿值可以是根据所述参考值、所述阵列天线的信道数目、参考信道与每个信道的距离以及所述接收信号的波长而计算出的。所述参考值可以是具有二维矩阵形式的值，该值是根据所述阵列天线的接收信道和所述测量角度而确定的。本专利技术的另一实施方式提供了一种用于利用阵列天线来执行接收信号的波束成形的设备，该设备可以包括：相位补偿值计算单元，该相位补偿值计算单元被配置为利用通过对针对每个测量角度的接收信号的幅值和相位的失真度进行计算而得到的参考值，来获得用于每个测量角度的相位补偿值；导引向量计算单元，该导引向量计算单元被配置为利用通过反映所述相位补偿值而计算出的阵列天线补偿值并且利用预定导引向量，来计算补偿导引向量；以及波束成形单元，该波束成形单元被配置为通过使用所计算的补偿导引向量来确定所述接收信号的波束方向(θ)，并且被配置为根据所计算的补偿导引向量来形成接收信号波束。根据本专利技术的实施方式的诸如雷达这样的测量设备可以设置针对每个测量角度的参考值，并且可以利用该参考值来估计接收信号的到达角或者执行接收信号的波束成形，以因此提高到达角的测量精度和波束成形的方向性。更具体地，所述设备可以预先确定通过对针对每个测量角度的信号的幅值和相位的失真度进行计算而得到的参考值，并且可以使用根据与所述参考值的比较而计算出的相位补偿值，以因此精确地估计接收信号的到达角并因此提高接收信号的波束成形精度。结果，能够根据接收天线的位置误差、信号定向误差和互耦合问题来减小到达角的估计误差，并且通过对每个测量角度的误差和每个接收信道的误差二者进行校正来减小波束成形误差。附图说明本专利技术的以上和其它目的、特征和优点将根据结合附图进行的以下详细描述而更明显，其中：图1例示了可以应用本专利技术的雷达装置的整体配置；图2是根据本专利技术的实施方式的用于估计到达角的设备的功能框图；图3是用于说明图2中示出的数字信号处理器的图；图4例示了根据本专利技术的实施方式的用于计算针对每个测量角度和每个信道的参考值的环境；图5是根据本专利技术的实施方式的接收信号的波束成形设备的功能框图；图6例示了根据本专利技术的实施方式的执行波束成形的原理；图7是根据本专利技术的实施方式的用于估计到达角的方法的总体流程图；以及图8是示出在本专利技术的实施方式中使用的Bartlett波束成形算法的仿真结果的曲线图。具体实施方式在下文中，将参照附图详细地描述本专利技术的一些实施方式。在通过附图标记指定附图的元件时，尽管相同的附图标记被示出在不同的附图中，但是它们将指示相同的元件。另外，在本专利技术的以下描述中，当本文中并入的已知功能和配置的详细描述会使本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于利用天线阵列来估计信号的到达角的设备，该设备包括：相位补偿值计算单元，该相位补偿值计算单元被配置为利用通过对针对每个测量角度的接收信号的幅值和相位的失真度进行计算而得到的参考值，来获得用于每个测量角度的相位补偿值；导引向量计算单元，该导引向量计算单元被配置为利用通过反映所述相位补偿值而计算出的阵列天线补偿值并且利用预定导引向量，来计算补偿导引向量；以及到达角估计单元，该到达角估计单元被配置为通过基于所计算的补偿导引向量和从所述阵列天线的两个或更多个接收信道接收的接收信号而创建的频谱来估计到达角。

【技术特征摘要】
2015.10.22 KR 10-2015-01474901.一种用于利用天线阵列来估计信号的到达角的设备，该设备包括：相位补偿值计算单元，该相位补偿值计算单元被配置为利用通过对针对每个测量角度的接收信号的幅值和相位的失真度进行计算而得到的参考值，来获得用于每个测量角度的相位补偿值；导引向量计算单元，该导引向量计算单元被配置为利用通过反映所述相位补偿值而计算出的阵列天线补偿值并且利用预定导引向量，来计算补偿导引向量；以及到达角估计单元，该到达角估计单元被配置为通过基于所计算的补偿导引向量和从所述阵列天线的两个或更多个接收信道接收的接收信号而创建的频谱来估计到达角。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述到达角估计单元通过将所述补偿导引向量和所述接收信号反映到预定的到达角估计算法来创建通过对所述接收信号的频谱进行补偿而得到的补偿频谱，以因此利用所述补偿频谱来估计所述接收信号的到达角。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述到达角估计算法是Bartlett波束成形算法、Capon波束成形算法或者MUSIC波束成形算法中的一种。4.根据权利要求1所述的设备，其中，用于每个测量角度的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李在殷，任海昇，郑圣熹，申铉出，
申请(专利权)人：株式会社万都，崇实大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR