MM-波雷达的低功率操作模式制造技术

所公开的示例包括在第一模式(201)和第二模式(210)中操作的雷达系统。在第一模式(201)，系统检测阈值范围内物体的存在。响应于检测到物体的存在，系统转换到第二模式(210)，并且系统在第二模式(210)生成物体的范围数据(216)、速率数据(218)和角度数据(220)。当在阈值范围内不再检测到物体时，系统转换回到第一模式(201)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MM-波雷达的低功率操作模式
技术介绍
雷达系统可用于多种应用，包括飞机导航、安全和国防应用以及用于驾驶员辅助功能的汽车应用、物体检测等。调频连续波(FMCW)雷达系统不断地从一个或更多个发射天线辐射功率，以生成被称为“啁啾”的调频信号。接收天线阵列接收从在发射天线或多于一个发射天线的范围内检测到的物体散射或反射的信号。雷达系统在不同时间采用不同的啁啾信号以便覆盖多个雷达范围，诸如用于物体检测和其他用途的长范围和短范围。一些雷达系统将接收信号与发射的啁啾信号混合以生成中频(IF)信号，以便于检测不同范围(距离)处的物体。可以对所接收的数据执行第一快速傅里叶变换(FFT)以分离在范围域内的物体，并且可以执行第二FFT以进行相对速率或速度分离，从而生成指示可检测反射器或物体的范围和相对速率的多维数据。本质上，可以通过估计所接收的IF信号的频率来估计距离，该频率又与全程延迟以及因此与反射器或物体的范围相关。通过跨多个啁啾观测同一物体并查看频率差的相位旋转或移动来估计速率。可以跨来自多个接收链的数据执行第三FFT，以分离角度信息。当前系统的一个问题是大的功耗，特别是对于电池供电的应用。
技术实现思路
在所描述的示例中，雷达系统和方法使用具有第一模式和第二模式的方法。在第一模式(有时在本文称为“仅检测模式”)，系统检测物体的存在，并且在检测到物体时转换到第二模式(有时在本文称为“常规模式”)。在一些示例中，系统在第二模式确定物体的位置、速率和角度。本文描述的雷达系统包括将啁啾信号提供到发射天线的发射器电路，以及基于来自接收天线的信号生成接收的数据的接收器电路和模数转换器。系统包括处理器。处理器控制发射器电路以在第一模式传送多个第一模式发射帧。各个第一模式发射帧具有第一模式帧持续时间并且包括第一模式啁啾信号。第一模式发射帧在时间上彼此间隔开第一模式睡眠时间间隔。处理器基于对应于第一模式发射帧的接收数据帧生成第一模式范围数据，并且响应于在阈值范围内检测到物体，基于范围数据转换到第二模式。在第二模式，处理器控制发射器电路以传送多个第二模式发射帧，所述多个第二模式发射帧被物体反射并然后在接收天线阵列处被接收。各个第二模式发射帧具有第二模式帧持续时间并且包括第二模式啁啾信号。第二模式发射帧在时间上彼此间隔开第二模式睡眠时间间隔。在一些实现中，第一模式睡眠时间间隔长于第二模式睡眠时间间隔。在一些示例中，第一模式帧持续时间短于第二模式帧持续时间。在一些实现中，响应于物体不再处于阈值范围内，系统从第二模式转换到第一模式。在一些示例中，当物体不再处于整数M个或更多个连续帧的阈值范围内时，系统转换到第一模式，其中M大于1。在一些示例中，处理器对与第一模式啁啾信号关联的接收数据执行第一快速傅里叶变换(FFT)，以生成第一模式范围数据。在一些示例中，处理器对与第二模式啁啾信号关联的接收数据执行第一FFT，以生成第二模式范围数据，以及/或者对第二模式范围数据执行第二FFT，以生成第二模式速率数据。在一些实现中，接收器电路包括放大器，所述放大器具有与接收天线阵列耦合以接收所述接收信号的输入以及根据可调放大器增益来提供放大的接收信号的输出。处理器在第一模式将可调放大器增益设置为第一增益以使放大器以第一噪声系数操作，并且在第二模式将可调放大器增益设置为较低的第二增益以使放大器以第二噪声系数操作，其中第二噪声系数高于第一噪声系数。在一些示例中，第二模式下的放大器线性优于第一模式下的放大器线性。为了在雷达系统中处理雷达信号，一种方法包括：在第一模式，对接收数据执行第一快速傅里叶变换(FFT)以生成物体的第一模式范围数据，以及确定物体是否在阈值范围内。该方法包括响应于确定物体在阈值范围内，转换到第二模式。该方法进一步包括对第二模式的接收数据执行第一FFT以生成物体的第二模式范围数据，并且对第二模式范围数据执行第二FFT以生成物体的第二模式速率数据。在一些实现中，该方法包括当物体不在阈值范围内时，从第二模式转换到第一模式。在一些示例中，该方法包括当物体不再处于整数M个或更多个连续帧的阈值范围内时转换到第一模式，其中M大于1。在一些示例中，该方法包括在第一模式将多个第一模式发射帧传送到发射天线阵列，其中各个第一模式发射帧包括第一模式啁啾信号并具有第一模式帧持续时间，其中第一模式发射帧在时间上彼此间隔开第一模式睡眠时间间隔。该方法还包括基于对应于第一模式发射帧的接收数据帧，生成第一模式范围数据。在一些示例中，该方法包括在第二模式将多个第二模式发射帧(经由物体反射)传送到接收天线阵列。各个第二模式发射帧具有第二模式帧持续时间并包括第二模式啁啾信号。第二模式发射帧在时间上彼此间隔开第二模式睡眠时间间隔。在一些实现中，第一模式睡眠时间间隔长于第二模式睡眠时间间隔。在一些实现中，第一模式帧持续时间短于第二模式帧持续时间。附图说明图1是雷达系统的示意图。图2是用于在雷达系统中处理雷达信号的方法的流程图。图3是示出示例发射帧的图示，其中啁啾信号在图1的雷达系统的第一操作模式下由第一模式睡眠时间间隔分开。图4是示出示例发射帧的图示，其中啁啾信号在图1的雷达系统的第二操作模式下由较短的第二模式睡眠时间间隔分开。具体实施方式在附图中，相同的附图标记始终指代相同的元件，并且各种特征不必按比例绘制。在本说明书中，术语“耦合”、“耦合的”或“与…耦合”包括间接或直接的电或机械连接或其组合。例如，如果第一设备耦合至第二设备或与第二设备耦合，则该连接可以是通过直接电连接进行的，或者是通过经由一个或更多个中间设备和连接的间接电连接进行的。图1示出具有处理器102、电子存储器104、发射天线阵列106和接收天线阵列108的调频连续波(FMCW)雷达系统100。在各种实现中，发射天线阵列106包括一个或更多个发射天线。因此，尽管图1示出了单个发射电路链，但是该系统(在一些示例中)包括多个发射天线106和分开的发射电路链，其中在多个发射电路链之间共享啁啾生成和压控振荡器(VCO)。系统100包括发射器电路110，该发射器电路110被配置为选择性地将调频啁啾信号从帧和啁啾定时电路112提供到发射天线阵列106以进行发射。系统100还包括接收器电路120，其输入端122-1,...,122-N可操作地耦合到接收天线阵列108，以便从阵列108的N个接收天线的对应集合接收整数N个接收信号(RX)，其中N大于或等于1。接收器电路120包括一个或更多个模数转换器电路129-1,...,129-N，所述模数转换器电路将N个样本的对应集合提供到处理器102。在一个示例中，帧和啁啾定时电路112是如图所示的单独电路。在一个实现中，电路112由处理器102实现。帧和啁啾定时电路112具有输出端113，该输出端113将相应的基带信号作为一系列数字值提供到数模转换器(D/A或DAC)114。数字值定义合适的调制波形，诸如正弦波、锯齿形波形、三角波形、矩形波形、阶梯波形等。在一个示例中，啁啾定时电路112将控制信号提供到VCO116，该VCO116确定频率变化的性质，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达系统，包括：/n电子存储器；/n发射器电路，所述发射器电路被配置为将各包括多个啁啾的多个发射帧传送到包括一个或更多个发射天线的发射天线阵列；/n接收器电路，所述接收器电路被配置为从包括一个或更多个接收天线的接收天线阵列接收信号；/n模数转换器，所述模数转换器被配置为至少部分地基于所述接收信号来生成接收数据，所述接收数据包括多个接收帧，各个接收帧与所述发射帧中的相应一个关联；以及/n耦合到所述存储器的处理器，所述处理器被配置为：/n在第一模式：/n控制所述发射器电路以将多个第一模式发射帧传送到所述发射天线阵列，所述第一模式发射帧各自具有第一模式帧持续时间并包括第一模式啁啾信号，所述第一模式发射帧在时间上彼此间隔开第一模式睡眠时间间隔，/n基于对应于所述第一模式发射帧的接收数据帧，生成第一模式范围数据；/n响应于基于所述范围数据在阈值范围内检测到物体而转变到第二模式，以及/n在所述第二模式，控制所述发射器电路以将多个第二模式发射帧传送到所述接收天线阵列，所述第二模式发射帧各自具有第二模式帧持续时间并包括第二模式啁啾信号，所述第二模式发射帧在时间上彼此间隔开第二模式睡眠时间间隔；/n其中所述第一模式睡眠时间间隔长于所述第二模式睡眠时间间隔，或者所述第一模式帧持续时间短于所述第二模式帧持续时间。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170804 US 15/669,2291.一种雷达系统，包括：
电子存储器；
发射器电路，所述发射器电路被配置为将各包括多个啁啾的多个发射帧传送到包括一个或更多个发射天线的发射天线阵列；
接收器电路，所述接收器电路被配置为从包括一个或更多个接收天线的接收天线阵列接收信号；
模数转换器，所述模数转换器被配置为至少部分地基于所述接收信号来生成接收数据，所述接收数据包括多个接收帧，各个接收帧与所述发射帧中的相应一个关联；以及
耦合到所述存储器的处理器，所述处理器被配置为：
在第一模式：
控制所述发射器电路以将多个第一模式发射帧传送到所述发射天线阵列，所述第一模式发射帧各自具有第一模式帧持续时间并包括第一模式啁啾信号，所述第一模式发射帧在时间上彼此间隔开第一模式睡眠时间间隔，
基于对应于所述第一模式发射帧的接收数据帧，生成第一模式范围数据；
响应于基于所述范围数据在阈值范围内检测到物体而转变到第二模式，以及
在所述第二模式，控制所述发射器电路以将多个第二模式发射帧传送到所述接收天线阵列，所述第二模式发射帧各自具有第二模式帧持续时间并包括第二模式啁啾信号，所述第二模式发射帧在时间上彼此间隔开第二模式睡眠时间间隔；
其中所述第一模式睡眠时间间隔长于所述第二模式睡眠时间间隔，或者所述第一模式帧持续时间短于所述第二模式帧持续时间。


2.根据权利要求1所述的雷达系统，其中所述第一模式睡眠时间间隔长于所述第二模式睡眠时间间隔。


3.根据权利要求1所述的雷达系统，其中所述第一模式帧持续时间短于所述第二模式帧持续时间。


4.根据权利要求1所述的雷达系统，其中在所述第二模式，所述处理器被进一步配置为当所述物体不再处于所述阈值范围内时，转换到所述第一模式。


5.根据权利要求1所述的雷达系统，其中所述处理器被进一步配置为：
在所述第一模式，对与所述第一模式啁啾信号关联的所述接收数据执行第一快速傅里叶变换即第一FFT，以生成所述第一模式范围数据；以及
在所述第二模式，对与所述第二模式啁啾信号关联的所述接收数据执行第一FFT，以生成第二模式范围数据，并且对所述第二模式范围数据执行第二FFT，以生成第二模式速率数据。


6.根据权利要求5所述的雷达系统，其中在所述第二模式，所述处理器被进一步配置为对所述第二模式速率数据执行第三FFT，以生成第二模式角度数据。


7.根据权利要求5所述的雷达系统，其中在所述第一模式，所述处理器被进一步配置为对所述第一模式范围数据执行第二FFT，以生成第一模式速率数据。


8.根据权利要求1所述的雷达系统，其中所述处理器被进一步配置为基于所述范围数据来改变所述第一或第二模式睡眠时间间隔。


9.根据权利要求1所述的雷达系统，其中在所述第二模式，所述处理器被进一步配置为基于来自所述范围数据和速率数据的指示来减少所述第二模式睡眠时间间隔，所述指示为所述物体正在靠近所述发射天线阵列。


10.根据权利要求1所述的雷达系统，其中所述接收器电路包括放大器，所述放大器具有与所述接收天线阵列耦合以接收所述接收信号的输入以及根据可调放大器增益来提供放大的接收信号的输出，并且其中所述处理器被进一步配置为在所述第一模式将所述可调放大器增益设置为第一增益以使所述放大器以第一噪声系数操作，并且在所述第二模式将所述可调放大器增益设置为较低的第二增益以使所述放大器以第二噪声系数操作，所述第二噪声系数高于所述第一噪声系数。


11.根据权利要求10所述的雷达系统，其中所述第二模式中的所述放大器的线性优于所述第一模式中的所述放大器的线性。


12.根据权利要求1所述的雷达系统，其中在所述第二模式，所述处理器被进一步配置为当所述物体不再处于整数M个或更多个连续帧的阈值范围内时，转换到所述第一模式，其中M大于1。


13.一种雷达系统，包括：
电子存储器；
发射器电路，所述发射器电路被配置为将各自包括多个啁啾的多个发射帧传送到包括一个或更多个发射天线的发射天线阵列；
接收器电路，所述接收器电路被...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·拉奥，B·金斯伯格，
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