高分辨率3D雷达波成像设备制造技术

雷达波成像设备(10)包括：雷达发射器单元(18)，其具有至少一个雷达发射天线(20)，以用于朝向场景发射雷达波；以及雷达接收单元(22)，其包括被布置为二维阵列的多个雷达接收器构件(24)，以用于接收反射的雷达波。雷达接收单元(22)包括成像雷达光学单元(32)，以用于将场景的至少一部分成像到雷达接收器构件(24)的二维阵列的至少一部分上。成像雷达光学单元(32)包括至少第一雷达透镜(36)，其被布置在雷达接收器构件(24)与场景之间。雷达接收器构件(24)被布置为直接接触第一雷达透镜(36)的背对场景的表面。

High Resolution 3D Radar Wave Imaging Equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高分辨率3D雷达波成像设备
概括而言，本专利技术涉及一种雷达波成像设备，其可用于各种应用，例如人员监视、建筑物管理和安全性以及诸如小型无人驾驶航空系统和汽车之类的移动平台上的应用，以及用于物联网领域中的感测应用。
技术介绍
采用雷达技术在军事和航空电子
中是已知的。最近，雷达传感器的发展已经集中在汽车领域(特别是在75与81GHz之间的毫米波范围中采用雷达技术)，用于汽车ADAS(先进驾驶员辅助系统)之类的汽车外部应用中，以通过用适当的警告来促进车辆驾驶员的优化反应，或者甚至通过例如在防撞系统中自动接管车辆的控制，来提高安全性。在汽车雷达应用中，一个挑战是确定朝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。举例来说，专利US8,994,581B1描述了一种DoA估计的方法，其中，车辆被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，所述多个天线被配置为接收雷达信号。天线阵列在给定天线与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，所述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明确角度(anunambiguousangle)。另外，处理器可以基于计算出的明确角度来控制雷达单元。欧洲专利申请EP2916140A2描述了一种用于汽车应用的雷达系统的多输入多输出(MIMO)天线，其具有改进的天线的栅瓣性能。MIMO天线包括第一发射天线、第二发射天线和接收天线。第一发射天线被配置为朝向目标发射第一雷达信号。第一发射天线由第一垂直阵列的辐射器元件形成。第二发射天线被配置为朝向目标发射第二雷达信号。第二发射天线由与第一垂直阵列不同的第二垂直阵列的辐射器元件形成。接收天线被配置为检测由目标朝向接收天线反射的雷达信号。接收天线由多个成对的垂直阵列的探测器元件形成。MIMO天线包括在水平维度中的多个发射和接收天线的间隔，其同时提供具有虚拟合成阵列的半波长间隔的更高增益天线以避免栅瓣。为了避免栅瓣，形成TX和RX天线的垂直阵列通常需要以半波长隔开。在方位角中的数字波束形成(DBF)之前校正子阵列的虚拟相位中心之间的相位偏移，以便完全消除栅瓣。因此，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规模上的天线同步，这在100GHz的示例性载波频率的情况下意味着在皮秒规模(10-12s)的同步。未来的需求涉及散布安装在车辆上的多个小天线，以用于提供多功能性。然而，当用传统的数字波束成形(DBF)方法执行时，天线位移多个波长导致角度重建中的模糊性。在方位角方向和海拔高度方向二者上的当前雷达设备的角分辨率例如对于汽车ADAS(先进驾驶员辅助系统)要求，或者对于航天应用(例如，无人机和直升机)是不够的。使用如数字波束成形(DBF)或波束控制之类的原理，可以使用大平面天线阵列(相控阵列)中的附加个别天线构件来增加角分辨率，然而：-平面天线基板(所谓的前端印刷电路板(PCB)，例如由适合于雷达操作频率的PCB材料制成)上的馈电结构的尺寸和复杂性是小型设备中的大成本效率的相控阵列的限制因素。-多元件相控阵列的大尺寸(例如，在门阵列(也称为未提交的逻辑阵列(ULA)中的100个天线构件，其在77GHz的雷达载波频率下以半波长隔开)将导致大约20cm的尺寸，这对于在乘用车中集成是非常难以实现的。-由于相控阵列的大的总体尺寸，个体天线构件的所需长度的馈电传输线将影响并限制雷达设备的信噪比(SNR)。-替代地，在分布式IC(集成电路)(其被布置在大型相控阵列的个体天线附近)用于雷达信号生成和检测的情况下，制造的复杂性显著增加，这是因为必须通过高精度过程将许多个体的IC连接到前端PCB。而且，必须在个体IC之间共享本地振荡器，以实现相控阵列的一致操作。专利技术目的因此，本专利技术的目的是提供一种能够以改进的角分辨率进行以下操作中的至少一个的雷达波成像设备-检测其视场中的反射目标，-明确地测量到所检测的目标中的每个的距离，-明确地测量所检测的目标中的每个的相对径向速度，并且-测量所检测的目标中的每个的反射雷达信号的到达角。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，目的由雷达波成像设备实现。雷达波成像设备包括雷达发射器单元和雷达接收单元。雷达发射器单元包括至少一个雷达发射天线，并且被配置用于朝向具有待检测的潜在对象的场景发射雷达波。雷达接收单元被配置用于接收由发射器单元发射的雷达波已经照射的对象所反射的雷达波。接收单元包括多个雷达接收器构件，其被布置为二维阵列。根据本专利技术，接收单元包括成像雷达光学单元，以用于将场景的至少一部分成像到雷达接收器构件的二维阵列的至少一部分上。成像雷达光学单元包括至少一个雷达透镜，其被布置在雷达接收器构件与场景之间。雷达接收器构件被布置为与至少一个雷达透镜的背对场景的表面直接接触。在本申请中使用的短语“被配置为”应特别理解为被特别地编程、布局、供应(furnish)或布置。本申请中使用的短语“直接接触”应特别理解为：至少部分地由至少一个雷达透镜包围的雷达接收器构件，雷达接收器构件直接邻接至少一个一个雷达透镜，或者雷达接收器构件被布置在界面材料内，所述界面材料紧邻第一雷达透镜的背对场景的表面布置。在后一种情况下，内部反射可以发生在透镜材料与界面材料之间的边界处，然而接收器构件仍然可以测量辐射的消逝场。随着渐逝场强随着距透镜表面的距离的增加而指数地减小，并且界面介质中的波长是该指数减小的长度尺度参数，接收器构件应当优选地定位在到第一雷达透镜的背对场景的表面的远小于发射的雷达波的载体频率的一个波长的距离内。这里，波长表示该透镜表面与接收器构件之间的界面材料中的波长，即真空波长除以界面材料的折射率。在雷达接收器构件被布置为与第一雷达透镜的表面直接邻接接触的情况下，可以在接收器构件处测量到更高的信号，这是因为电磁波不需要透过透镜材料与界面材料之间的边界。以这种方式，波束成形的功能由成像雷达光学单元执行，而没有采用波束成形方法的任何需要。因此，雷达波成像设备不是基于本领域已知的用于相控阵列的数字波束形成技术，例如Barlett波束形成器、最小方差无失真响应(CAPON)波束形成器或诸如MUSIC(多信号分类)和ESPRIT(通过旋转不变技术估计信号参数)之类的先进波束形成方法。在合适的实施例中，可以提供集成在集成电路上的大型探测器阵列。使用高折射率材料，雷达透镜允许利用雷达透镜的高分辨率来对场景成像，以得到与传统的小到中型相控阵列相比角分辨率的显著增加。本领域技术人员将容易领会，当被应用于诸如频率调制连续波(FMCW)雷达或相位调制连续波(PMCW)雷达之类的现有先进雷达拓扑中时，根据本专利技术的雷达波成像设备可以允许针对每对雷达发射器单元和雷达接收器构件实现雷达范围和多普勒矩阵。通过针对所有提供的发射器单元和雷达接收器构件对组合范围和多普勒矩阵，可以生成具有范围、多普勒速度估计和到达方向(DoA)估计的高分辨率3D雷达立方体。此外，如本领域技术人员将容易认识到的，雷达波成像设备可以包括用于向雷达发射器单元提供雷达波的雷达波发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达波成像设备(10)，包括：‑雷达发射器单元(18)，其具有至少一个雷达发射天线(20)并且被配置用于朝向场景发射雷达波，‑雷达接收单元(22)，其被配置用于接收由发射器单元(18)发射的所述雷达波已经照射的对象所反射的雷达波，所述雷达接收单元(22)包括被布置为二维阵列的多个雷达接收器构件(24)，其特征在于，所述雷达接收单元(22)包括成像雷达光学单元(32)，以用于将所述场景的至少一部分成像到雷达接收器构件(24)的所述二维阵列的至少一部分上，其中，所述成像雷达光学单元(32)至少包括被布置在所述雷达接收器构件(24)与所述场景之间的第一雷达透镜(36)，并且其中，所述雷达接收器构件(24)被布置为与所述第一雷达透镜(36)的背对所述场景的表面直接接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.23 LU 93396;2017.05.22 LU LU1002591.一种雷达波成像设备(10)，包括：-雷达发射器单元(18)，其具有至少一个雷达发射天线(20)并且被配置用于朝向场景发射雷达波，-雷达接收单元(22)，其被配置用于接收由发射器单元(18)发射的所述雷达波已经照射的对象所反射的雷达波，所述雷达接收单元(22)包括被布置为二维阵列的多个雷达接收器构件(24)，其特征在于，所述雷达接收单元(22)包括成像雷达光学单元(32)，以用于将所述场景的至少一部分成像到雷达接收器构件(24)的所述二维阵列的至少一部分上，其中，所述成像雷达光学单元(32)至少包括被布置在所述雷达接收器构件(24)与所述场景之间的第一雷达透镜(36)，并且其中，所述雷达接收器构件(24)被布置为与所述第一雷达透镜(36)的背对所述场景的表面直接接触。2.根据权利要求1所述的雷达波成像设备(10)，其中，所述成像雷达光学单元(32)包括至少一个第二雷达透镜(46)，其被布置在所述第一雷达透镜(36)与所述场景之间。3.根据权利要求1或2所述的雷达波成像设备(10)，其中，所述第一雷达透镜(36)包括在待发射的所述雷达波的雷达载波频率处具有大于3.0并且优选地在5.0与50.0之间的折射率的材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的雷达波成像设备(10)，其中，所述第一雷达透镜(36)至少在指向所述场景的表面上包括至少一层抗反射涂层(52)。5.根据前述权利要求中任一项所述的雷达波成像设备(10)，其中，所述雷达发射器单元(18)包括用于调制待发射的所述雷达波的至少一个调制单元，并且其中，所述调制包括幅度调制、频率调制和相位调制中的至少一个或其组合。6.根据前述权利要求中任一项所述的雷达波成像设备(10)，其中，所述雷达接收器构件(24)包括贴片天线、缝隙天线或偶极天线中的至少一个。7.根据前述权利要求中任一项所述的雷达波成像设备(10)，还包括接收器电路(56)，其电连接到所述多个雷达接收器构件(24)并且被配置用于对...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·施皮尔曼，N·赫施巴赫，
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