雷达角模糊度解算制造技术

技术编号:23164735 阅读:23 留言:0更新日期:2020-01-21 22:35
描述了用于雷达角模糊度解算的技术和装置。这些技术使得能够根据具有多个振幅峰值的空间响应来确定目标的角位置。不是仅考虑哪个峰值有最高振幅,而是所述用于雷达角模糊度解算的技术选择强调所述空间响应中的振幅或相位差的频率子频谱或多个频率子频谱,并且分析跨越宽视场的所述空间响应的不规则形状以确定所述目标的角位置。以这种方式,所述目标的每个角位置具有唯一符号差,雷达系统可确定并使用所述唯一符号差来解算所述角模糊度。使用这些技术,所述雷达可具有大于用于检测所述目标的反射雷达信号的中心波长的一半的天线阵列元件间距。

Resolution of radar angle ambiguity

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】雷达角模糊度解算
技术介绍
雷达是可检测并跟踪对象、映射表面并且映射天气模式的有用的设备。虽然雷达是用在军事和空中交通管制操作中的常见工具,但是技术进步正在使将雷达集成到电子设备中成为可能。在许多情况下,雷达可以替换笨重且昂贵的传感器(诸如相机),并且在存在不同的环境条件(诸如低照明和雾)的情况下或者在移动或重叠目标情况下提供改进的性能。虽然使用雷达可以是有利的,但是存在与在商业设备中使用雷达相关联的许多挑战。一个这样的问题涉及将雷达集成在消费设备中。特别地,较小的消费设备对雷达天线的设计施加限制。为了满足大小或布局约束,例如,可以使用更少的天线元件以及这些天线元件之间的更大或更小的间距。然而,这种雷达天线设计可能以角模糊度为代价,这使雷达估计目标的角位置变得有挑战性。在由于角模糊度而无法确定目标的定位的情况下,雷达的有效操作和能力显著地降低,从而令用户感到沮丧或者限制雷达可支持的应用或环境的类型。
技术实现思路
描述了使得能实现雷达角模糊度解算的技术和装置。这些技术使得能够根据具有多个振幅峰值的空间响应来确定目标的角位置。不是仅考虑哪一个峰值有最高振幅,而是所述用于雷达角模糊度解算的技术选择强调所述空间响应中的振幅或相位差的一频率子频谱或多个频率子频谱,并且分析跨越宽视场的所述空间响应的不规则形状以确定所述目标的角位置。以这种方式,所述目标的每个角位置具有唯一符号差,雷达系统可确定并使用所述唯一符号差来解算所述角模糊度。使用这些技术,所述雷达可具有大于用于检测所述目标的反射雷达信号的中心波长的一半的天线阵列元件间距。在下面描述的各方面包括具有频率选择器、天线阵列、数字波束形成器和角度估计器的雷达系统。所述频率选择器被配置成选择雷达信号的发射频率频谱并且使发射器使用所述发射频率频谱来发射所述雷达信号。所述天线阵列被配置成使用至少三个天线元件来接收所述雷达信号。所述数字波束形成器被配置成基于所接收到的雷达信号来生成跨越视场的空间响应,所述空间响应具有跨越所述视场的形状。所述角度估计器被配置成分析跨越所述视场的所述空间响应的形状。基于所述空间响应的形状,所述角度估计器还被配置成确定所述雷达信号的到达角度以估计反射了所述雷达信号的目标的角位置。在下面描述的各方面还包括一种选择雷达信号的发射频率频谱的方法。所述方法还包括使用所述发射频率频谱来发射所述雷达信号并且经由所述天线阵列接收被目标反射的所述雷达信号。基于所接收到的雷达信号,生成跨越视场的空间响应。所述空间响应包括振幅响应和相位响应。此外,所述方法包括分析所述振幅响应的形状和所述相位响应的形状,以标识所述振幅响应的形状的特性和所述相位响应的形状的另一特性。所述振幅响应的形状在所述视场内具有至少两个峰值,所述至少两个峰值与角模糊度相关联。基于所述特性和所述另一特性,解算所述空间响应的视场内的所述角模糊度以确定反射了所述雷达信号的所述目标的方向。在下面描述的各方面还包括使用频率频谱来发射雷达信号的另一方法。所述方法还包括经由天线阵列接收被目标反射的所述雷达信号。此外,所述方法包括将所述频率频谱分割成至少两个频率子频谱,并且针对所述至少两个频率子频谱生成至少两个空间响应。所述方法还包括对所述至少两个空间响应执行复相干以生成至少一个相位相干图。基于所述相位相干图,估计所述目标的角位置。在下面描述的各方面还包括一种系统,所述系统具有用于基于天线阵列的元件间距来确定发射频率频谱的手段、用于分析空间响应的形状的手段以及用于基于所述空间响应的形状来确定反射雷达信号的到达角度的手段。附图说明参考以下附图描述用于使得能实现雷达角模糊度解算的装置和技术。相同的数字在整个附图中用于引用相似的特征和组件:图1图示可在其中实现雷达角模糊度解算的示例环境。图2-1图示用于目标检测的示例波束转向。图2-2图示示例角模糊度。图3图示针对目标的两个角位置的空间响应的示例振幅和相位图。图4图示作为计算设备的一部分的示例雷达系统。图5图示用于雷达角模糊度解算的示例单频子频谱选择。图6图示用于雷达角模糊度解算的示例多频子频谱选择。图7图示用于雷达角模糊度解算的示例雷达信号处理技术。图8图示用于雷达角模糊度解算的示例复相干。图9图示用于雷达角模糊度解算的示例方法。图10图示具体实现基于雷达的力感测或者可以在其中实现使得能够使用基于雷达的力感测的技术的示例计算系统。具体实施方式概要本文档描述用于雷达角模糊度解算的技术和设备。这些技术和设备被设计来通过解算由雷达天线的设计和雷达信号的波长产生的角模糊度来确定目标的角位置。特别地,大于波长的一半的天线阵列元件间距可显著地增加角模糊度的数目,从而使区分反射雷达信号的到达方向变得有挑战性。通常,角模糊度依赖于天线阵列元件的分布和雷达信号的中心波长(例如,对应于雷达信号的中心频率的波长)。常规的角估计技术基于空间响应的峰值振幅来标识目标的角位置。换句话说,目标的定位是基于雷达检测到最强响应的方位角和仰角而确定的。通常,常规的雷达系统具有基于最佳波长来使角模糊度最小化的天线阵列设计(例如,小于最佳波长的一半的元件间距)。为了进一步避免这些角模糊度,其它常规的技术约束视场,所述视场表示被认为对于目标的角位置来说可能的角度的范围。通过限制视场,常规的技术可避免具有角模糊度的模糊区,从而减少误检。然而,这减小雷达系统可监视以检测目标的角度的范围,这可显著地限制雷达系统的能力。作为示例,如果视场限于约-45度至45度之间的角度,则对于5毫米(mm)的波长和3.5毫米的元件间距(例如,元件间距为波长的70%)可避免角模糊度。因此,雷达系统可能无法检测到超过45度极限的目标。由于约束使元件间距增加,诸如对于集成在较小电子设备中的雷达系统,角模糊度变得更普遍。这些角模糊度使多个峰值振幅存在于空间响应中,从而使常规的技术确定目标的角度变得有挑战性。在一些情况下,空间响应中的最高峰值振幅可能不对应于目标的定位。此外,多个峰值振幅可以在彼此约十分贝内,或者在雷达系统不能确信地确定是否在天线方向图的主瓣或旁瓣中检测到目标的某个其它模糊度阈值内。此外,对于能够使用宽范围的不同的中心波长来发射和接收雷达信号的宽带雷达,元件间距对于不同的中心波长中的每一个来说可能不是最佳的,从而使一些雷达信号与其它雷达信号相比更易受角模糊度影响。不是独自考虑峰值振幅,而是用于解算雷达角模糊度的技术分析跨越视场的空间响应的形状,并且选择跨越该空间响应强调振幅或相位差的频率。通常,视场比常规的视场大并且包括模糊区,所述模糊区被用作信息源并且使得能够跨越附加角度分析振幅和相位差。通过经由这些振幅和相位差来区分不同的转向角度并且标识空间响应的形状的特征,雷达可解算角模糊度并确定目标的角位置。换句话说,用于雷达角模糊度度解算的技术使得目标能够针对不同的角位置具有唯一符号差。可经由信号处理技术、模式匹配或机器学习来确定唯一符号差。本文档现在转向示例环境,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达系统,所述雷达系统包括:/n频率选择器,所述频率选择器被配置成:/n选择雷达信号的发射频率频谱;并且/n使发射器使用所述发射频率频谱来发射所述雷达信号;/n具有至少三个天线元件的天线阵列,所述天线阵列被配置成使用所述至少三个天线元件来接收所述雷达信号;/n数字波束形成器,所述数字波束形成器被配置成基于所接收到的雷达信号来生成跨越视场的空间响应;以及/n角度估计器,所述角度估计器被配置成:/n分析跨越所述视场的所述空间响应的形状;并且/n基于所述空间响应的形状来确定所述雷达信号的到达角度,以估计反射所述雷达信号的目标的角位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171215 US 15/844,4601.一种雷达系统,所述雷达系统包括:
频率选择器,所述频率选择器被配置成:
选择雷达信号的发射频率频谱;并且
使发射器使用所述发射频率频谱来发射所述雷达信号;
具有至少三个天线元件的天线阵列,所述天线阵列被配置成使用所述至少三个天线元件来接收所述雷达信号;
数字波束形成器,所述数字波束形成器被配置成基于所接收到的雷达信号来生成跨越视场的空间响应;以及
角度估计器,所述角度估计器被配置成:
分析跨越所述视场的所述空间响应的形状;并且
基于所述空间响应的形状来确定所述雷达信号的到达角度,以估计反射所述雷达信号的目标的角位置。


2.根据权利要求1所述的雷达系统,其中:
所述空间响应包括振幅响应;
跨越所述视场的所述振幅响应的形状包括至少两个振幅峰值和至少一个振幅零值;并且
所述角度估计器还被配置成基于所述至少两个振幅峰值的形状和所述至少一个振幅零值的形状来确定所述雷达信号的到达角度。


3.根据权利要求2所述的雷达系统,其中:
所述至少两个振幅峰值包括具有第一振幅的第一峰值和具有第二振幅的第二振幅峰值;并且
所述角模糊度是基于所述第一振幅与所述第二振幅之间的振幅差位于模糊度阈值内,使得所述振幅差独自不足用于确定所述雷达信号的到达角度。


4.根据权利要求2或权利要求3所述的雷达系统,其中,所述频率选择器还被配置成选择所述发射频率频谱以与另一发射频率频谱相比较增加在针对所述目标的角位置的所述振幅响应的形状与针对所述目标的另一角位置的另一振幅响应的另一形状之间的差异。


5.根据前述权利要求中的任何一项所述的雷达系统,其中:
所述空间响应包括相位响应;
跨越所述视场的所述相位响应的形状包括至少一个相位峰值和至少一个相位零值;并且
所述角度估计器还被配置成基于所述至少一个相位峰值的形状和所述至少一个相位零值的形状来确定所述雷达信号的到达角度。


6.根据前述权利要求中的任何一项所述的雷达系统,其中,所述视场大于约九十度。


7.根据前述权利要求中的任何一项所述的雷达系统,其中:
所述频率选择器被配置成:
选择另一雷达信号的另一发射频率频谱;并且
使所述发射器使用所述另一发射频率频谱来发射所述另一雷达信号;
所述天线阵列被配置成接收所述另一雷达信号;
所述数字波束形成器被配置成基于接收到的所述另一雷达信号来生成跨越所述视场的另一空间响应;以及
所述角度估计器被配置成:
使用所述空间响应和所述另一空间响应来执行复相干以生成相位相干图;并且
基于所述相位相干图,确定所述雷达信号的到达角度以估计所述目标的定位。


8.根据前述权利要求中的...

【专利技术属性】
技术研发人员:连寄楣奥克塔维奥·蓬斯马德里加帕特里克·M·阿米胡德
申请(专利权)人:谷歌有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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