使用MIMO雷达进行目标检测的方法和系统技术方案

一种在目标检测系统中感测目标的方法，包括处理电路，耦合到该处理电路以及形成稀疏发射均匀线性阵列(ULA)的数量为N

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用MIMO雷达进行目标检测的方法和系统
本专利技术总体上涉及例如在汽车应用中使用的使用多输入多输出(MIMO)雷达的目标检测，并且本专利技术更具体地涉及一种用于使用互相关矩阵的块循环分解发射MIMO适应性波束成形来进行目标检测的方法和系统。
技术介绍
为了(例如，通过多输入多输出(MIMO))获得关于车辆周围的场景的最大量的信息，未来的汽车雷达系统将与遍布在车辆上和/或与车辆共置一处的若干设备(收发器)一起操作。为了能够处理不同的信号，由收发器发射的不同码的正交性形式是必要的。这可以例如通过开启和关闭特定设备(时分复用)来实现。在下文中，在本文档末尾列出的先前出版物(“参考文献”)用方括号中的数字([x])引用。在多输入多输出(MIMO)配置中的探测信号的设计仍然是一个开放的话题，并且在文献[1]-[14]中进行了广泛的讨论。一个特殊的挑战是期望的自相关波束方向图的设计，同时保持良好的互相关波束方向图属性[10]。波束方向图研究基于所发射的探测信号的协方差矩阵。因此，[1]-[7]、[10]中的作者考虑了两阶段设计，其中第一阶段是协方差矩阵的优化，并且第二阶段是对满足阶段一的协方差结构的探测信号的确定。仅在[11]中，探测信号是通过一个阶段的优化来确定的。在文献中关于查找针对给定的期望辐射方向图的最佳解决方案的方法非常多样，但是[1]-[7]的所有作者的目的都是在某些约束下以低计算复杂度来设计探测信号。作品[3]和[6]的动机是有限脉冲响应(FIR)滤波器的设计，并且将诸如过渡带和或纹波高度之类的参数传递到波束方向图设计。[2]中的作者放宽了在最小二乘问题中的优化问题，该最小二乘问题比原始问题更容易求解。增强计算复杂度的另一种方法是对类积分(integrallike)的目标函数进行分析评估[1]。在[7]中，相关矩阵被分解为空间划分矩阵和时间划分矩阵，同时维持探测信号的良好的自相关属性和互相关属性。经常，目标函数是关于探测信号的四次方程。在[4]中提出了一种用于在恒定模量和低峰均比约束下求解此类四次问题的循环算法。在文献[3]、[4]和[7]中，经常发现恒定模量约束。在[8]-[12]中探讨了在恒定模量约束下求解四次优化问题。不同算法的多样性示出了这类优化问题的复杂度。[15]-[18]中的作者更多地从天线组因子的角度而不是从信号的观点来研究波束方向图优化问题。主要区别在于对导致与恒定模量序列不同的开/关调制的射频开关或复用器的研究。此外，[15]中也包括离散相位调制，从而导致了利用差分进化算法求解的困难的优化问题。可以总结出，计算复杂度是适应性波束方向图设计中的最大问题中的一个问题。计算复杂度主要在受到有限字母约束的四次优化问题中是合理的。关于MIMO配置，当期望良好的目标分辨力时，低互相关波束方向图至关重要[10]。这个作品的贡献如下：-用于脉冲间调制的线性系统模型，-通过利用ULA的类傅立叶变换属性的、没有迭代的确定性的且因此具有实时能力的算法，-通过提出块循环探测信号矩阵的低互相关波束方向图特性，-在具有任意数量的天线的发射ULA配置中，在两个正交相移键控(QPSK)信道的约束下的针对优化问题的解决方案。专利技术目的由本专利技术解决的问题是如何提供高效的目标检测方法和系统，该方法和系统采用了没有利用迭代的确定性的且因此具有实时能力的算法，表现出低互相关波束方向图特性，并且提供在两个正交相移键控(QPSK)信道的约束下的针对优化问题的解决方案，这两个QPSK信道进一步由NT个发射天线复用。更具体地，现有技术适应性波束成形技术的主要缺点是针对长信号的计算复杂度。此外，由于目标函数的迭代最小化，收敛时间和收敛到本地最小值始终是个问题。现有技术文献没有讨论在优化内导致零范数约束的复用阵列运算的实际约束。通常，优化问题在有限的字母约束下具有四次结构。最后，在文献中没有讨论在具有波束成形能力的同时实现虚拟MIMO配置。
技术实现思路
为了克服上面提到的问题，本专利技术提供了一种在目标检测系统中感测目标的方法，该目标检测系统包括：处理电路；复用器，该复用器耦合到处理电路以及形成稀疏发射均匀线性阵列(ULA)的数量为NT的多个发射天线，该复用器被配置为基于来自本地振荡器的信号来生成复用的且相位调制的发射信号(T1……TNT)，该处理电路还被耦合以经由形成密集接收ULA的数量为NR的多个接收天线来接收信号，该方法包括：经由发射天线发射多个发射信号，以便形成与块循环探测信号矩阵相对应的一般辐射方向图；经由接收天线接收由于朝向K个目标发射的多个发射信号的反向散射而产生的接收信号；以及处理所接收的反射信号以确定在发射天线的视场内的目标的存在、范围和/或角度位置。在实施例中，本专利技术涉及在虚拟MIMO配置中的信号设计过程。对均匀线性阵列(ULA)结构的探索导致块循环信号矩阵设计。对块循环信号矩阵的限制在两个方面是有益的。首先，相关信号协方差矩阵的特征向量矩阵结构始终具有与发射导引矩阵匹配的离散傅立叶变换(DFT)结构。这在控制中确保了良好的目标分辨力，并导致与完全正交的信号几乎相同的分辨率特性。其次，循环结构降低了自由度，从而导致用于获得期望的辐射方向图的闭合形式的解决方案。在实施例中，闭合形式的解决方案包括逆DFT方法、对所发射的信号的进一步约束(例如，在两个信道复用配置中的正交相移键控)，该解决方案导致了逆DFT操作与所发射的信号矩阵的映射。该映射实现用于获得期望的辐射方向图的非迭代方法的实现方式，同时具有良好的目标分辨力属性。优选地，块循环探测信号矩阵P(φκ,φM)由下式给出：其中，离散辛格(sinuscardinal)函数被定义为并且λn表示协方差矩阵Rs的第n个特征值，是自由空间波数，并且φκ定义第κ个目标到达角。优选地，块循环探测信号矩阵由下式给出：其中，每个块循环矩阵由单个列向量参数化。优选地，方法还包括基于来自本地振荡器的脉冲信号来生成正交相移键控(QPSK)信号。优选地，方法还包括在多个发射信道上利用复用器复用QPSK信号，以经由发射天线进行发射。优选地，发射信道的数量是两个。方法优选地还包括执行波束方向图适应以生成与适应的块循环探测信号矩阵相对应的适应的辐射方向图。优选地，波束方向图适应是在适应过程的单次执行中执行的。优选地，执行波束方向图适应包括将整体自相关函数确定为NB个块矩阵向量自相关函数的叠加其中，是块矩阵向量自相关函数，τ是向量元素之间的相对偏移，NT是发射天线的数量，并且cb是将第b个块循环矩阵参数化的列向量。优选地，执行波束方向图适应包括将期望的波束方向图Pd(φ)初始化为来自先前的目标检测的先前的波束方向图，否则，如果没有来自先前的目标检测的先前的波束方向图，则将期望的波束方向图设置为常数或各向同性的。方法优选地还包括生成期望的波束方向图Pd(φ)的傅立叶级数近似，该傅立叶级数近似包括傅立叶系数。方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在目标检测系统中感测目标的方法，所述目标检测系统包括：处理电路；复用器，其耦合到所述处理电路以及形成稀疏发射均匀线性阵列(ULA)的数量为N

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180308 LU LU100731;20180723 LU LU1008811.一种在目标检测系统中感测目标的方法，所述目标检测系统包括：处理电路；复用器，其耦合到所述处理电路以及形成稀疏发射均匀线性阵列(ULA)的数量为NT的多个发射天线，所述复用器被配置为基于来自本地振荡器的信号来生成复用的且相位调制的发射信号(T1……TNT)，所述处理电路还被耦合以经由形成密集接收ULA的数量为NR的多个接收天线来接收信号，所述方法包括：
经由所述发射天线发射所述多个发射信号，以便形成与块循环探测信号矩阵相对应的一般辐射方向图；
经由所述接收天线接收由于朝向K个目标发射的所述多个发射信号的反向散射而产生的接收信号；以及
处理所接收的反射信号以确定在所述发射天线的视场内的目标的存在、范围和/或角度位置。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述块循环探测信号矩阵由下式给出：



其中，每个块循环矩阵由单个列向量参数化。


3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括基于来自所述本地振荡器的脉冲信号来生成正交相移键控(QPSK)信号。


4.根据权利要求2所述的方法，还包括在多个发射信道上利用所述复用器复用所述QPSK信号，以经由所述发射天线进行发射。


5.根据权利要求3所述的方法，其中，发射信道的数量是两个。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括执行波束方向图适应以生成与适应的块循环探测信号矩阵相对应的适应的辐射方向图。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述波束方向图适应是在适应...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·哈梅斯，B·S·米索尔拉玛拉奥，B·奥特斯滕，U·施罗德，
申请(专利权)人：IEE国际电子工程股份公司，卢森堡大学，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU