针对汽车扩展雷达系统的到达方向的估计技术方案

技术编号:21720890 阅读:61 留言:0更新日期:2019-07-27 22:21
提出了一种利用汽车扩展雷达系统(10)的到达方向估计的方法,所述汽车扩展雷达系统(10)包括多个至少两个收发器天线单元(TRxk),其被配置为以多输入和多输出配置工作,其中,所述收发器天线单元(TRxk)被布置在先验已知位置,并且所述汽车扩展雷达系统被配置为针对所述多个收发器天线单元中的每个特定收发器单元天线单元(TRxk),通过读出分配给所述特定收发器天线单元(TRxk)的多个距离门(12),确定反射至少由所述特定收发器天线单元(TRxk)发射的雷达波的目标(28)的范围,所述方法包括以下步骤对于所述多个收发器天线单元(TRxk)中的每个特定的一个,通过从所述特定收发器天线单元(TRxk)的多个距离门(12)中读出距离门,确定位于角度范围内的分离的角度方向(αk)之一中发生的目标(28)的范围,所述角度范围是围绕至少来自雷达波的公共方向(

Estimation of direction of arrival for automobile extended radar system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】针对汽车扩展雷达系统的到达方向的估计
本专利技术一般涉及一种利用汽车扩展雷达系统来估计到达方向的方法,一种被配置用于估计到达方向的汽车扩展雷达系统,以及一种用于控制该方法的自动执行的软件模块。
在本领域中已知采用雷达技术,特别是在75和81GHz之间的毫米波范围内,在诸如驾驶员辅助系统的外部汽车应用中,通过利用适当警告来促进车辆驾驶员的优化反应或甚至通过自动接管对车辆的控制(例如在防撞系统中)来提供改进的安全性。
技术介绍
在汽车雷达应用中,一个挑战是确定向目标发射并由目标反射的入射雷达波的到达方向(DoA)。常见的实现涉及大型贴片天线和波束成形算法。然而,未来的需求是针对安装在车辆上的多个小天线以提供多功能性(比较图1)。作为示例,专利申请EP2105758A2描述了一种到达方向估计装置,其具有信号矢量生成单元,该信号矢量生成单元可操作以根据由N个传感器从目标接收的到达信号来生成由N个基带信号v1至vN组成的信号矢量v。到达方向估计装置包括Hankel矩阵生成单元,其可操作以优先设置矩阵的列的顺序为自然数M,其中1≤M且M≤(N-1)/2并且根据信号矢量的元素v1到vN-1来生成(N-M)XM矩阵Rf1、Rf2、Rb1或Rb2。到达方向估计装置还包括估计单元,其可操作以使用矩阵Rf1、Rf2、Rb1或Rb2生成矩阵R,通过R=[R1|R2]T将矩阵R划分为两个子矩阵R1和R2,并且基于子矩阵R1和R2来估计到达信号的到达方向。为了执行DoA估计,需要使用包含在子矩阵R1和R2中的相位信息。专利US8,994,581B1描述了一种DoA估计的方法,其中车辆配置有用于辅助车辆引导的雷达系统。该方法可以包括由多个天线形成的天线阵列,该多个天线被配置为接收雷达信号。天线阵列在给定天线和相邻天线之间具有相应的间隔;然而,多个间隔包括至少两个不同的间隔。该方法的一部分可以由处理器执行,该处理器被配置为基于与阵列中的两个天线对相关联的差分相位之间的差异来计算检测信道。处理器还可以基于检测信道和多个天线间隔来计算无模糊角度。另外,处理器可以基于计算的无模糊角度来控制雷达单元。为了使用所描述的传统DoA估计方法,因此必须确保载波频率范围上的天线同步,在示例性载波频率为100GHz的情况下意味着同步的规模为皮秒(10-12秒),或者,对于光,甚至在阿秒(10-18秒)的范围内。此外,当使用传统DBF执行时,多个波长的天线位移导致角度重建的模糊性。
技术实现思路
专利技术目的因此,期望提供一种能够估计到达方向而不需要确保雷达载波频率范围上的天线同步的方法和雷达系统。专利技术概述在本专利技术的一个方面,该目的通过一种利用汽车扩展雷达系统的到达方向估计的方法来实现。该汽车扩展雷达系统包括多个至少两个收发器天线单元,其被配置为以多输入和多输出(MIMO)配置工作。收发器天线单元布置在先验已知位置。雷达系统被配置为针对多个收发器天线单元中的每个特定收发器天线单元,通过读出分配给特定收发器天线单元的多个距离门(rangegate),确定至少由特定收发器天线单元发送的目标反射雷达波的范围。该方法包括步骤-对于多个收发器天线单元中的每个特定的收发器天线单元,通过从特定收发器天线单元的多个距离门读出距离门,来确定在位于角度范围内的分离角度方向之一中发生的目标的范围,该角度范围是围绕至少从由特定收发器天线单元发射并且由目标反射的雷达波的共同方向布置的。-根据多个收发器单元天线单元的读出的距离门来确定占用的距离门的模式,以及-基于将占用距离门的所确定的模式与在分离的角度方向上发生的目标的多个预期的占用距离门的多个预期的模式相关联来估计到达方向,所述多个占用距离门的预期的模式是根据多个收发器单元天线单元的先验已知的位置来预先确定的。所提出的解决方案是将波束成形技术适应于由多个收发器天线单元的位置给出的较大基线。每个收发器天线单元具有用于粗略地但在唯一的角度区域中分离周围空间的能力,该角度区域的大小取决于收发器天线单元的大小。在该独特的角度范围内,利用收发器天线单元的位移来基于收发器天线单元的飞行时间分布来细化角分辨率。由此,在所提出的到达方向估计方法中,可以有利地省略雷达载波频率规模上的同步。本专利技术基于以下见解:利用由各个收发器天线单元的相互移位的距离门分配来创建的占用距离门的模式而不是入射波的相位信息(这是传统数字波束形成(DBF)的基础)。该方法可以以特别简单的方式执行,以用于在远离收发器天线单元的地方,即在它们的“远场”中发生的目标。在本申请中使用的术语“汽车”应特别理解为包括用于车辆的应用,例如但不限于乘用车、卡车和公共汽车。在本申请中使用的短语“被配置为”应特别理解为具体编程、布局、提供或布置。雷达的距离识别可以通过所谓的距离门来调节。这意味着对接收的回波信号进行采样,并且通过本领域已知的不同解码技术之一根据不同距离门中的接收信号来解码范围信息。优选地,分离的角度方向的量等于多个收发器天线单元中的收发器天线单元的数量。还优选地,分离的角度方向在角度范围内均匀分布。在该方法的优选实施例中,对于多个收发器天线单元中的每个特定的一个收发器天线单元,确定目标的范围的步骤包括通过根据特定收发器天线单元和多个收发器天线单元中的至少另一个收发器天线单元的多个距离门中读出距离门来从由特定收发器天线单元和至少另一个发送的并且由目标反射的雷达波确定目标的范围。通过接收和解码已经由另一收发器天线单元发送的反射雷达波,可以获得附加的独立信息,其可以使得能够区分否则将是模糊的目标配置。需要强调的是,附加的独立信息仅基于范围,而不是基于相位的。优选地,在确定在分离的角度方向之一中发生的目标的范围的步骤之前,针对所有收发器天线单元执行将每个多个距离门的连续距离门合并到预定数量的距离门的封装中的步骤。通过降低范围内的分辨率,可以有利地扩大目标检测的无模糊性的空间状态。在该方法的优选实施例中,估计到达方向的步骤包括求解线性方程系统Rδm=A·t其中t表示如下矢量,该矢量表示在分离的角度方向上检测到的发生目标,Rδm表示如下矢量,该矢量包括来自读出多个距离门的结果的矢量。A是从先验已知位置计算的矩阵,并且表示线性映射,通过该线性映射将矢量t变换为矢量Rδm。以这种方式,基于将占用距离门的所确定的模式与针对在分离的角度方向上发生的目标的多个占用距离门的预期的模式相关,来对多个距离门中读出的数据的评估可以被形式化,并且通过应用求解线性方程组的公知的方法来有效地执行。在本专利技术的另一方面,提供了一种用于到达方向估计的汽车扩展雷达系统,其包括多个至少两个收发器天线单元,其被配置为在多输入和多输出(MIMO)配置中工作,其中收发器天线单元被布置在先验已知位置。对于多个收发器天线单元中的每个特定收发器天线单元,汽车扩展雷达系统还包括多个距离门,其被配置为指示至少由特定收发器天线单元发送的目标反射雷达波的范围。此外,汽车扩展雷达系统包括评估和控制单元。评估和控制单元被配置用于读出针对所有收发器天线单元的多个距离门,并用于确定来自多个收发器单元天线单元的读出距离门的占用距离门的模式。此外,评估和控制单元被配置用于基于将占用距离门的所确定的模式与针对在分离的角度方向上发生的目标的占用距离本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种利用汽车扩展雷达系统(10)的到达方向估计的方法,所述汽车扩展雷达系统(10)包括多个至少两个收发器天线单元(TRxk),其被配置为以多输入和多输出配置工作,其中,所述收发器天线单元(TRxk)被布置在先验已知位置,并且所述汽车扩展雷达系统被配置为针对所述多个收发器天线单元中的每个特定收发器单元天线单元(TRxk),通过读出分配给所述特定收发器天线单元(TRxk)的多个距离门(12),确定反射由至少所述特定收发器天线单元(TRxk)发射的雷达波的目标(28)的范围,所述方法包括以下步骤对于所述多个收发器天线单元(TRxk)中的每个特定的一个,通过从所述特定收发器天线单元(TRxk)的多个距离门(12)中读出距离门,确定位于角度范围内的分离的角度方向(αk)之一中发生的目标(28)的范围,所述角度范围是围绕至少来自雷达波的公共方向

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.08 LU 93344;2017.03.02 LU 1001301.一种利用汽车扩展雷达系统(10)的到达方向估计的方法,所述汽车扩展雷达系统(10)包括多个至少两个收发器天线单元(TRxk),其被配置为以多输入和多输出配置工作,其中,所述收发器天线单元(TRxk)被布置在先验已知位置,并且所述汽车扩展雷达系统被配置为针对所述多个收发器天线单元中的每个特定收发器单元天线单元(TRxk),通过读出分配给所述特定收发器天线单元(TRxk)的多个距离门(12),确定反射由至少所述特定收发器天线单元(TRxk)发射的雷达波的目标(28)的范围,所述方法包括以下步骤对于所述多个收发器天线单元(TRxk)中的每个特定的一个,通过从所述特定收发器天线单元(TRxk)的多个距离门(12)中读出距离门,确定位于角度范围内的分离的角度方向(αk)之一中发生的目标(28)的范围,所述角度范围是围绕至少来自雷达波的公共方向布置的,所述雷达波已经由所述特定收发器天线单元(TRxk)发射并且已经由所述目标(28)反射,确定来自所述多个收发器单元天线单元(TRxk)的读出距离门的占用距离门(12)的模式,以及基于将所述占用距离门(12)的确定的模式与针对在所述分离的角度方向(αk)中发生的目标的占用距离门(12)的多个预期模式相关来估计到达方向(dk),所述占用距离门(12)的多个预期模式是根据多个收发器单元天线单元(TRxk)的先验已知位置预先确定的。2.如权利要求1所述的方法,其中,对于所述多个收发器天线单元(TRxk)中的每个特定的一个(TRx1),确定目标(28)的范围的所述步骤包括通过从所述特定收发器天线单元(TRx1)的多个距离门(12)以及所述多个收发器天线单元(TRxk)中的至少另一个收发器天线单元(TRx2)的多个距离门(12)中读出距离门,根据雷达波来确定目标(28)的范围,所述雷达波已经由所述特定收发器天线单元(TRx1)和所述至少另一个收发器天线单元(TRx2)发射并且已经由所述目标(28)反射。3.如权利要求1或2所述的方法,其中,在确定在分离的角度方向(αk)之一中发生的目标(28)的范围的所述步骤之前,针对所有收发器天线单元(TRxk),执行将每个多个距离门(12)的连续距离门(12)合并到预定数量的距离门的封装中的步骤。4.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,估计到...

【专利技术属性】
技术研发人员:U·施罗德HP·拜泽T·施蒂夫特
申请(专利权)人:IEE国际电子工程股份公司
类型:发明
国别省市:卢森堡,LU

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