利用FSK调制的啁啾提高FMCW雷达中的范围精度的系统和方法技术方案

提供了利用FSK调制的啁啾提高FMCW雷达中的范围精度的系统和方法。用于确定对象的范围的方法包括：发射连续的雷达啁啾；向连续的雷达啁啾添加频率偏移，该频率偏移是范围频率窗口的一部分；接收返回信号；根据返回信号中的每一个构造频率变换；将频率变换中的每一个加在一起以创建复合频率变换；以及根据在复合频率变换中检测到的频率峰值来内插计算对象的范围。

System and Method for Improving Range Accuracy of FMCW Radar Using FSK Modulated Chirp

【技术实现步骤摘要】
利用FSK调制的啁啾提高FMCW雷达中的范围精度的系统和方法
本专利技术总体上涉及利用频移键控(FSK)调制的啁啾来提高调频连续波(FMCW)雷达中的范围(range)精度的系统和方法。
技术介绍
在一些雷达系统中，通过发射调频信号、接收该调频信号的反射以及基于调频信号的发射和接收之间的时延和/或频率差确定距离来确定雷达与目标之间的距离。因此，一些雷达系统包括发射RF信号的发射天线、接收RF的接收天线以及用于产生发射信号和接收RF信号的相关RF电路。在一些情况下，可以使用多个天线来利用相控阵技术来实现定向波束。在工业应用中，精确估计雷达范围是雷达界感兴趣的。在FMCW拉伸处理中，目标范围分辨率及其精度受到雷达带宽的限制。范围分辨率是雷达系统区分同一方位(bearing)但不同范围内的两个或更多个目标的能力。范围分辨率的程度取决于雷达带宽的宽度、发射的脉冲、目标的类型和大小以及接收器和指示器的效率。
技术实现思路
根据实施方式，一种用于确定对象的范围的方法包括：发射多个连续的雷达啁啾；向多个连续的雷达啁啾中的至少一个雷达啁啾添加频率偏移，使得在多个连续的雷达啁啾中的每一个之间发生频率偏移，频率偏移是范围频率窗口(bin)的一部分；接收相应的多个返回信号；根据多个返回信号构造多个频率变换；将频率变换中的每一个加在一起以创建复合频率变换；以及根据在复合频率变换中检测到的频率峰值来内插计算对象的范围。根据另一实施方式，一种用于确定对象的范围的系统包括：被配置成用于发射多个连续的雷达啁啾的至少一个天线；发射器，被配置成用于向多个连续的雷达啁啾中的至少一个雷达啁啾添加频率偏移，使得在多个连续的雷达啁啾中的每一个之间发生频率偏移，频率偏移是范围频率窗口的一部分；被配置成用于接收相应的多个返回信号的至少一个天线；以及接收器，被配置成用于根据多个返回信号构造多个频率变换，将频率变换中的每一个加在一起以创建复合频率变换，并且根据在复合频率变换中检测到的频率峰值来内插计算对象的范围。根据另一实施方式，一种用于确定对象的范围的方法包括：发射多个脉冲；向多个脉冲中的至少一个脉冲添加频率偏移；接收多个返回信号；根据多个返回信号构造多个频率变换；将频率变换中的每一个加在一起以创建复合频率变换；以及根据复合频率变换中的最大频率峰值来确定对象的范围。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在参考以下结合附图所进行的描述，在附图中：图1是实施方式雷达系统的框图；图2是实施方式FMCW雷达的较详细框图；图3是FMCW雷达啁啾的时序图；图4是锯齿波线性频率调制扫描信号的时序图；图5是阶梯波频率调制扫描信号的时序图；图6A至图6D是根据实施方式的锯齿波频率扫描的时序图；图7A至图7D是根据实施方式的阶梯波频率扫描的时序图；图8是示出使用图6A至图6D的锯齿波频率扫描的连续脉冲的时序图；图9是示出使用图7A至图7D的阶梯波频率扫描的连续脉冲的时序图；图10是示出使用图6A至图6D的锯齿波频率扫描的多个天线实施方式的时序图；图11是示出使用图7A至图7D的阶梯波频率扫描的多个天线实施方式的时序图；图12A至图12D是根据实施方式的返回信号的频移FFT的图；图13是根据实施方式的N点零插入(zero-inserted)FFT的图；图14是根据实施方式的根据连续返回脉冲重构的FFT的图；以及图15至图18是根据实施方式的雷达系统实现的框图。具体实施方式图1示出了根据本专利技术实施方式的雷达系统100。如图所示，雷达收发器装置102被配置成经由发射天线120a和/或发射天线120b发射入射的RF信号，并经由包括接收天线122a至122d的天线阵列接收反射的RF信号。雷达收发器装置102包括耦接到接收天线122a至122d的接收器前端112，耦接到发射天线120a的第一发射器前端104和耦接到发射天线120b的第二发射器前端110。雷达电路106提供要发射到第一发射器前端104和第二发射器前端110的信号，并接收和/或处理由接收器前端112接收的信号。在实施方式中，对象132接收发射的RF信号并产生反射的RF信号。在实施方式中，第二发射器前端110的输入可以经由由开关109表示的电路在雷达电路106的输出和通信电路108的输出之间选择。当第二发射器前端110接收来自雷达电路106的输入时，第一发射器前端104和第二发射器前端110均可以用于构建全息雷达。在实施方式中，雷达收发器装置102或者雷达收发器装置102的一部分可以实现在包含第一发射器前端104、第二发射器前端110、接收器前端112以及发射天线120a和120b和接收天线122a至122d的封装中。在实施方式中，本文公开的雷达系统100以及其它实施方式的操作的频率在约57GHz至约66GHz之间。替选地，实施方式系统也可以在该范围之外的频率下操作。图2是示例FMCW雷达200的框图。雷达200包括可调谐RF源，例如用于产生RF发射信号st(t)的压控振荡器(VCO)202。RF发射信号st(t)由耦合器204接收，以产生第一RF发射信号和第二RF发射信号。第一RF发射信号由环行器206接收，以通过第一端口传送到天线。第二RF发射信号由混频器212接收。天线208还用于接收接收信号sr(t)，该接收信号sr(t)由环行器206接收并通过第二端口传送到混频器212。混频器212产生中频(IF)信号sIF(t)。IF信号是正弦信号，并且目标210的范围R1被嵌入在频率和相位中。IF信号由放大器214接收并由滤波器216滤波。滤波器216的模拟输出信号由A/D转换器218转换成数字信号sIF[n]。IF数字信号由信号处理器220处理以提取范围R1。图3示出了包括发射信号306和接收信号308的FMCW雷达啁啾302的示例。示出了雷达啁啾302的上啁啾部分和下啁啾部分。在实施方式中，仅使用上啁啾部分。图3中还示出了对应于所示的特定发射信号306和接收信号308的中频信号304。然而，在实施方式中，上啁啾和下啁啾均可以用于通过加上和减去最大FFT指数来估计范围和多普勒精度。范围和多普勒精度均得到改善。以下示出了针对该实施方式的相应频率方程：f_r＝f_max_up-f_max_down以及f_d＝f_max_up+f_max_down。参照图2和图3，系统模型的接收信号处理在以下步骤中解释如下：将接收的雷达信号与发射信号进行混频/拍频(beat)(在时域中相乘)(也称为去啁啾/去斜坡(de-ramping)/去拉伸)；由于二阶时间项，来自目标的时延自身表现为拍频正弦频率；得到两个正弦项——通过模拟低通滤波滤除较高阶频率项；对滤波后的信号执行FFT以计算目标的范围；利用加窗、零填充来改善频谱输出；以及使用无频偏线性调频(LFM)脉冲对接收信号进行去拉伸，该无频偏线性调频(LFM)脉冲指的是接收和发射波形相同的第一个脉冲。例如，f0＝载波频率＝24Ghz或60Ghz，B＝带宽＝250Mhz或7Ghz，T＝啁啾时间＝35μs至1.5ms。图4和图5示出了LFM扫描信号类型的示例。图4示出了锯齿波线性调频扫描信号400，其可以如图所示从时间-T到时间T以及从f0-B的频率到f0+B被发射。图5示出了阶梯波线性调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定对象的范围的方法，包括：发射多个连续的雷达啁啾；向所述多个连续的雷达啁啾中的至少一个雷达啁啾添加频率偏移，使得在所述多个连续的雷达啁啾中的每一个之间发生所述频率偏移，所述频率偏移是范围频率窗口的一部分；接收相应的多个返回信号；根据所述多个返回信号构造多个频率变换；将所述多个频率变换中的每一个加在一起以创建复合频率变换；以及根据在所述复合频率变换中检测到的频率峰值来内插计算所述对象的范围。

【技术特征摘要】
2018.01.11 US 15/868,7271.一种用于确定对象的范围的方法，包括：发射多个连续的雷达啁啾；向所述多个连续的雷达啁啾中的至少一个雷达啁啾添加频率偏移，使得在所述多个连续的雷达啁啾中的每一个之间发生所述频率偏移，所述频率偏移是范围频率窗口的一部分；接收相应的多个返回信号；根据所述多个返回信号构造多个频率变换；将所述多个频率变换中的每一个加在一起以创建复合频率变换；以及根据在所述复合频率变换中检测到的频率峰值来内插计算所述对象的范围。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个连续的雷达啁啾中的每一个包括锯齿波频率扫描。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个连续的雷达啁啾中的每一个包括阶梯波频率扫描。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个连续的雷达啁啾的数量通过所使用的频率偏移的数量来确定。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个连续的雷达啁啾在单个天线上被发射。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个连续的雷达啁啾中的每一个在多个天线中的不同的单个相应天线上被发射。7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用第一锁相环来完成向所述对象发射所述多个连续的雷达啁啾，并且使用第二锁相环来完成从所述对象接收所述相应的多个返回信号。8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用锁相环来完成向所述对象发射所述多个连续的雷达啁啾，并且使用数控振荡器来完成从所述对象接收所述相应的多个返回信号。9.一种用于确定对象的范围的系统，包括：被配置成用于发射多个连续的雷达啁啾的至少一个天线；发射器，被配置成用于向所述多个连续的雷达啁啾中的至少一个雷达啁啾添加频率偏移，使得在所述多个连续的雷达啁啾中的每一个之间发生所述频率偏移，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿维克·桑特拉，托马斯·芬克，约翰·彼得·弗斯特纳，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE