雷达系统中的啁啾频率非线性缓解技术方案

在描述的示例中，雷达设备(100)包括发射单元(110)，该发射单元(110)响应于参考时钟(108)和反馈时钟产生第一信号(124)。第一信号(124)被一个或多个障碍物散射以产生第二信号(145)。接收单元(140)接收第二信号(145)并且产生对应于第二信号(145)的N个样本。N是整数。调整电路(155)耦接到发射单元(110)和接收单元(140)。调整电路(155)接收对应于第二信号(145)的N个样本，并且使用反馈时钟与参考时钟(108)之间的误差产生N个新样本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】雷达系统中的啁啾频率非线性缓解
本专利技术总体涉及雷达，并且更具体地涉及缓解雷达中产生的啁啾(chirp)的非线性。
技术介绍
雷达在汽车应用和工业应用中的使用正在迅速发展。雷达应用于与车辆相关联的多种应用，诸如碰撞警告、盲点警告、换道辅助、停车辅助和后方碰撞警告。在工业环境中，雷达应用于确定雷达周围障碍物的相对位置和相对速度。脉冲雷达和FMCW(调频连续波)雷达主要用于此类应用。在FMCW雷达中，合成器通过对发射信号进行频率调制来产生斜坡段(rampsegment)。斜坡段也被称为啁啾信号。斜坡段被放大并且由一个或多个发射单元发出。斜坡段被一个或多个障碍物散射以产生散射信号。散射信号由FMCW雷达中的一个或多个接收单元接收。通过将斜坡段和散射信号混合而获得的信号被称为IF(中频)信号。IF信号的频率(f)与障碍物相距FMCW雷达的距离(d)成比例并且还与斜坡段的斜率(S)成比例。通过ADC(模数转换器)对IF信号进行采样。处理器对ADC所产生的采样数据进行处理以获得一个或多个障碍物的位置和速度。在一种类型的FMCW雷达中，处理器对采样数据执行FFT(快速傅立叶变换)。FFT频谱中的峰值表示障碍物，并且FFT频谱中的峰值的位置与障碍物相距FMCW雷达的相对距离成比例。理想的合成器产生线性斜坡段，所以频率随时间线性地变化。获得的对应FFT频谱提供了一个或多个障碍物的信息。然而，实际的合成器由于合成器的有限稳定(settling)时间而产生非线性啁啾信号。非线性啁啾信号是其频率不随时间线性变化的信号。啁啾信号中的非线性导致FFT频谱中的峰值的拖尾(smearing)(或重叠)，这使得难以检测到紧密间隔的障碍物。此外，由于点对象将作为多个对象出现，因此峰值的拖尾导致重影对象。重影对象是由FMCW雷达错误检测的对象，所以它们在现实中是不存在的。因此，啁啾信号中的频率非线性导致重影对象的错误检测和实际中存在的对象的检测失败。
技术实现思路
在所描述的示例中，雷达设备包括发射单元，该发射单元响应于参考时钟和反馈时钟产生第一信号。第一信号被一个或多个障碍物散射以产生第二信号。接收单元接收第二信号并且产生对应于第二信号的N个样本。N是整数。调整电路耦接到发射单元和接收单元。调整电路接收对应于第二信号的N个样本，并且使用反馈时钟与参考时钟之间的误差产生N个新样本。附图说明图1示出根据实施例的雷达设备；图2示出根据实施例的频率误差估计器的框图；图3示出根据实施例的Σ-Δ调制器误差估计单元的框图；以及图4示出根据实施例的示出在雷达设备中获得的FFT输出的波形。具体实施方式图1示出根据实施例的雷达设备100。雷达设备100包括发射单元110、接收单元140、调整电路155和处理器160。发射单元110包括斜坡发生器102。Σ-Δ调制器(SDM)104耦接到斜坡发生器102。合成器112耦接到SDM104。参考晶体106产生参考时钟Fref108，并且将参考时钟Fref108提供给合成器112。功率放大器(PA)126耦接到合成器112。发射天线单元128耦接到PA126。在一个示例中，发射单元110包括多个发射天线单元。合成器112包括分频器114、相位误差脉冲发生器116、电荷泵118、环路滤波器120和VCO(压控振荡器)122。相位误差脉冲发生器116耦接到分频器114和参考晶体106。电荷泵118耦接到相位误差脉冲发生器116，并且环路滤波器120耦接到电荷泵118。VCO122耦接到环路滤波器120。VCO122的输出作为反馈被提供给分频器114。PA126接收VCO122的输出。接收单元140包括接收天线单元142、低噪声放大器(LNA)144、混频器146、IF(中频)滤波器148和ADC(模数转换器)150。LNA144耦接到接收天线单元142。混频器146耦接到发射单元110和LNA144。IF滤波器148耦接到混频器146，并且ADC150耦接到IF滤波器148。雷达设备100包括调整电路155。调整电路155耦接到发射单元110和接收单元140。调整电路155包括频率误差估计器152、滤波器154和ADC输出调节器156。频率误差估计器152耦接到发射单元110中的相位误差脉冲发生器116。滤波器154耦接到频率误差估计器152，并且ADC输出调节器156耦接到滤波器154。在一个版本中，滤波器154是低通滤波器。处理器160耦接到ADC输出调节器156。在一个版本中，ADC输出调节器156是处理器160的一部分。所示的雷达设备100具有一个发射单元和一个接收单元。在另一个示例中，雷达设备100包括多个发射单元和多个接收单元。雷达设备100可以包括为了简化描述而未在此讨论的一个或多个附加的常规部件。在雷达设备100(图1)的操作中，相位误差脉冲发生器116接收参考时钟Fref108和来自分频器114的反馈时钟。参考时钟Fref108是恒定频率信号。相位误差脉冲发生器116在参考时钟Fref108的每个时间周期中产生一次脉冲。相位误差脉冲发生器116还产生指示反馈时钟与参考时钟Fref108相比是相位超前还是相位滞后的附加数字信号。脉冲连同由相位误差脉冲发生器116所产生的附加数字信号表示反馈时钟与参考时钟Fref108之间的误差。因此，相位误差脉冲发生器116估计反馈时钟与参考时钟Fref108之间的误差。反馈时钟与参考时钟Fref108之间的误差表示反馈时钟的上升沿与参考时钟Fref108的上升沿之间的时间差。电荷泵118响应于从相位误差脉冲发生器116接收的误差而产生电压信号。电压信号与反馈时钟和参考时钟Fref108之间的相位误差成比例。环路滤波器120衰减从电荷泵118接收的电压信号以对高频噪声进行滤波，并且从而产生低频信号。VCO122产生第一信号124。VCO122基于从环路滤波器120接收的低频信号来改变第一信号124的输出相位和频率。因此，第一信号124被锁相到参考时钟Fref108，所以相位误差被消除。由VCO122产生的第一信号124的频率与参考时钟Fref108的频率成比例。在一个示例中，第一信号124的频率是80GHz，并且参考时钟Fref108的频率是12GHz。因此，比例常量是6.667(在80除以12的情况下)。第一信号124也作为反馈被提供给分频器114。因为第一信号124的频率通过比例常量与参考时钟Fref108的频率相关，所以分频器114被配置成将第一信号124除以(divide)比例常量。斜坡发生器102产生分数分频控制字(fractiondivisioncontrolword)。在一个示例中，分数分频控制字是第一信号124将除以的分数。Σ-Δ调制器(SDM)104产生整数分频控制字(integerdivisioncontrolword)，该整数分频控制字是来自分数分频控制字的整数序列。合成器112中的分频器114接收整数分频控制字和第一信号124。分频器114将第一信号124除以整数分频控制字以产生反馈时钟。在一个版本中，分数分频控制字是6.667，其等于比例常量。SDM104从分数分频控制字产生整数序列(6,7,7)。整数序列使第一信号124分别除以6、7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷达设备，其包括：发射单元，其被配置成响应于参考时钟和反馈时钟而产生第一信号，其中所述第一信号被一个或多个障碍物散射以产生第二信号；接收单元，其被配置成接收所述第二信号并且被配置成产生对应于所述第二信号的N个样本，其中N是整数；以及调整电路，其耦接到所述发射单元和所述接收单元，所述调整电路被配置成接收对应于所述第二信号的所述N个样本，并且被配置成使用所述反馈时钟和所述参考时钟之间的误差来产生N个新样本。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.13 US 14/826,0451.一种雷达设备，其包括：发射单元，其被配置成响应于参考时钟和反馈时钟而产生第一信号，其中所述第一信号被一个或多个障碍物散射以产生第二信号；接收单元，其被配置成接收所述第二信号并且被配置成产生对应于所述第二信号的N个样本，其中N是整数；以及调整电路，其耦接到所述发射单元和所述接收单元，所述调整电路被配置成接收对应于所述第二信号的所述N个样本，并且被配置成使用所述反馈时钟和所述参考时钟之间的误差来产生N个新样本。2.根据权利要求1所述的雷达设备，其中所述发射单元包括：斜坡发生器，其被配置成产生分数分频控制字；Σ-Δ调制器，其耦接到所述斜坡发生器并且被配置成从所述分数分频控制字产生整数分频控制字；参考晶体，其被配置成产生所述参考时钟；合成器，其被配置成接收所述参考时钟和所述整数分频控制字并且被配置成产生所述第一信号；功率放大器，其被配置成放大所述第一信号；以及发射天线单元，其耦接到所述功率放大器并且被配置成发射所述第一信号。3.根据权利要求2所述的雷达设备，其中所述合成器包括：分频器，其被配置成将所述第一信号除以所述整数分频控制字以产生所述反馈时钟；相位误差脉冲发生器，其被配置成估计所述反馈时钟与所述参考时钟之间的误差；电荷泵，其耦接到所述相位误差脉冲发生器并且被配置成响应于所述误差产生电压信号；环路滤波器，其耦接到所述电荷泵并且被配置成对来自所述电压信号的高频噪声进行滤波以产生低频信号；以及压控振荡器即VCO，其耦接到所述环路滤波器并且被配置成响应于所述低频信号产生所述第一信号。4.根据权利要求1所述的雷达设备，其中所述接收单元包括：接收天线单元，其配置成接收所述第二信号；低噪声放大器即LNA，其耦接到所述接收天线单元并且被配置成放大所述第二信号；混频器，其耦合到所述LNA和所述发射单元，所述混频器被配置成将所述第二信号和所述第一信号进行混合以产生中频信号即IF信号；IF滤波器，其被配置成从所述IF信号产生滤波的IF信号；以及模数转换器即ADC，其耦接到所述IF滤波器并且被配置成对所述滤波的IF信号进行采样以产生对应于所述第二信号的所述N个样本。5.根据权利要求1所述的雷达设备，其中所述调整电路包括：频率误差估计器，其耦接到所述发射单元并且被配置成从所述参考时钟与所述反馈时钟之间的所述误差产生瞬时频率误差信号；滤波器，其耦接到所述频率误差估计器并且被配置成对所述瞬时频率误差信号进行低通滤波以产生滤波的频率误差信号；以及ADC输出调节器，其耦接到所述滤波器和所述接收单元，所述ADC输出调节器被配置成：从所述滤波的频率误差信号产生所述N个样本的新采样时刻；使用所述新采样时刻来估计要拟合到所述N个样本的多项式的系数；以及使用所估计的系数对所述N个样本进行重新采样并且产生所述N个新样本。6.根据权利要求5所述的雷达设备，其中所述频率误差估计器包括：时间延迟转换器即TDC，其耦接到所述发射单元并且被配置成将所述反馈时钟与所述参考时钟之间的所述误差转换成相位误差；乘法器，其耦接到所述TDC并且被配置成将所述相位误差转换成第一信号相位误差；Σ-Δ调制器误差估计单元，其被配置成估计附加相位误差；减法器，其被配置成从所述第一信号相位误差减去所述附加相位误差以产生瞬时相位误差；以及差分滤波器，其耦接到所述减法器并且被配置成通过对所述瞬时相...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·巴拉德瓦杰，K·苏布拉吉，
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