MIMO雷达系统技术方案

本公开涉及一种MIMO雷达系统，其包括第一波束成形网络(6)，所述第一波束成形网络包括第一波束端口(7A)和天线端口(7B)，其中所述第一波束成形网络被配置成经由第一天线端口将所述第一波束端口连接到第一天线元件，其中所述第一波束成形网络被配置成针对每个第一波束端口产生单一波束图案。所述第一天线元件被配置成发射或接收选自多个单一波束图案的单一波束图案，其中所述第一天线元件以第一距离间隔开，所述第一距离被选择成提供基本上由多个单一主瓣组成的所述第一天线阵列的波束图案。所述雷达系统还具有类似的第二波束成形网络(8)。所述第二波束成形网络的所述第二天线元件以大于所述第一距离的第二距离间隔开，所述第二距离被选择成提供基本上由多个主瓣和多个旁瓣组成的第二天线阵列的波束图案。多个旁瓣组成的第二天线阵列的波束图案。多个旁瓣组成的第二天线阵列的波束图案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MIMO雷达系统


[0001]本公开涉及MIMO雷达系统和此类系统的使用。

技术介绍

[0002]MIMO雷达系统广泛用于各种应用：汽车应用、智能照明、人类监测等，例如全相位阵列成本太高而无法实施的应用。在汽车应用的例子中，自动驾驶车辆近年来已经变得越来越重要。自动驾驶车辆使得有可能改善道路安全和交通流量。自动驾驶车辆还取消了人类驾驶员主动控制车辆的要求。在自动驾驶车辆中使用的传感器是汽车雷达。在此情况下，将天线放置在车辆的外部。一个天线用于将电磁脉冲发射到车辆周围的空间中。此脉冲将从车辆附近的物体反射。另一天线或同一天线用于接收反射。反射返回所耗费的时间和反射的频移可用于获得有关反射物体的范围和速度的信息。
[0003]此类MIMO雷达系统从现有技术中已知，并且图1中示出了例子。此类系统通过协调两个天线阵列(发射器/接收器)来进行设计。此类雷达系统通常被设计成在某一频率
‘
f
’
下起作用。构成发射阵列的“N
TX”个天线元件(
‘
Y
’‑
符号)以最大为操作频率波长的一半的元件间距离
‘
d
tx
’
间隔开，而构成接收阵列的“N
RX”个天线元件以
‘
N
TX
x d
TX
’
的元件间距离
‘
d
RX
’
间隔开。或反之亦然：可以交换发射阵列和接收阵列的角色。
[0004]此外，MIMO雷达系统通常通过使用包括一定数目的发射信道和接收信道的数字芯片来实施。在图1中，数字芯片包括发射信道
‘
1、2......N
TX
’
和接收信道
‘
1、2......N
RX
’
。信道例如包括放大器、滤波器和数模转换器或模数转换器。这些信道中的每一个连接到其相应天线元件。
[0005]上述设计约束确保了许多事情。首先，发射阵列的间隔确保了主瓣1将在发射波束图案中占主要部分。其次，虽然在接收波束图案中存在栅瓣3，但是如果接收波束图案的主瓣2被引导为与发射波束图案的主瓣1重叠，则这些栅瓣3将以与发射波束图案第一次归零的位置相同的角度布置。这两个点之间的距离也被称为主瓣的零点
‑
零点(Null
‑
Null)带宽。例如，这可在图2A中看到。
[0006]也就是说，所述约束确保了接收波束图案中存在的栅瓣3被抑制。此方法提供明确的角度信息，因为组合发射波束图案和接收波束图案的波束图案由主瓣4和多个旁瓣5组成，如可在图2B中看到。
[0007]例如，在此系统中，发射侧可由3个发射信道组成，连接到间距为0.5λ的元件，并且接收侧可由4个接收信道组成，连接到间距为1.5λ的元件。对于此系统，有效孔径为5.5λ，并且
‑
3dB波束宽度约为8.4度至9.5度，这取决于所需的旁瓣电平。此系统在理论上给出
±
90度的全扫描范围，但这在实践中可能更小。
[0008]对于许多应用，此系统所能达到的角度精度是不够的。此角度精度受到通过天线阵列实现的宽波束宽度的限制。本领域技术人员已知，在具有较大有效孔径的阵列中可以实现较窄的波束宽度。这可以通过两种方式实现：第一，可以将额外的元件添加到阵列的外侧，和/或第二，可以增加元件间的距离。
[0009]然而，大多数的MIMO雷达系统是使用现成的数字芯片设计的，目前，这些芯片只有少量的信道，而且此外，流行的设计已经使用了所有可用的信道。此外，开发具有越来越多信道的数字芯片绝非易事。因此，扩展已知MIMO雷达系统中的发射或接收阵列并不能提供充分的解决方案。
[0010]由于发射波束图案不应具有栅瓣，并且由于必须抑制接收波束图案的旁瓣，因此元件间距离也不能进一步增加太多。因此，增加发射和接收阵列的元件间距离是不可行的。

技术实现思路

[0011]本公开旨在提供一种MIMO雷达系统，其中所提及的缺点被减少或根本不存在。此外，本公开旨在提供一种实现更窄波束宽度和更高角度精度的MIMO雷达系统，用于进行目标定位。
[0012]根据本公开的第一方面，提供了一种MIMO雷达系统，其包括：
[0013]第一波束成形网络，其包括第一数目的第一波束端口和连接到相应第一天线元件的第二数目的天线端口，其中所述第一波束成形网络被配置成经由所述第一天线端口将所述第一波束端口连接到所述第一天线元件，其中所述第一波束成形网络被配置成针对所述第一波束端口中的每一个产生不同的第一波束图案；
[0014]第一天线阵列，其包括所述第一天线元件，所述第一天线元件被配置成发射或接收所述第一波束端口的第一波束图案，其中所述第一天线元件以第一距离间隔开，所述第一距离被选择成为每个第一波束端口提供基本上由单一主瓣组成的不同的第一波束图案；以及
[0015]第二波束成形网络，其包括第三数目的第二波束端口和连接到相应第二天线元件的第四数目的第二天线端口，其中所述第二波束成形网络被配置成经由所述第二天线端口将所述第二天线元件连接到所述第二波束端口，其中所述第二波束成形网络被配置成针对所述第二波束端口中的每一个产生不同的第二波束图案；
[0016]第二天线阵列，其包括所述第二天线元件，所述第二天线元件被配置成接收或发射所述第二波束端口的第二波束图案，其中所述第二天线元件以大于所述第一距离的第二距离间隔开，所述第二距离被选择成为每个第二波束端口提供基本上由多个瓣组成的不同的第二波束图案；
[0017]其中在操作中，所述第一天线阵列的第一波束图案与所述第二天线阵列的第二波束图案组合以提供组合波束图案。
[0018]以此方式，第一天线阵列的波束图案(例如TX波束)能够正确地区分第二天线阵列的多个主瓣的不同主瓣。
[0019]在本公开的实施例中，对于所述第二天线阵列的第二波束图案的瓣中的每一个，所述第一天线阵列的所述不同的第一波束图案的每个单一主瓣基本上不与所述第二天线阵列的所述第二波束图案的多于一个的瓣重叠。
[0020]在本公开的另外的实施例中，提供了一种MIMO雷达系统，其中在所述组合波束图案中，对于每个第二波束端口，所述第二波束图案的所述多个瓣中的每个瓣与所述第一天线阵列的不同的第一波束图案的所述单一主瓣重叠。在所述组合波束图案中，对于每个第二波束端口，所述第二波束图案的所述多个瓣中的每个瓣优选地与所述第一天线阵列的不
同的第一波束图案的所述单一主瓣重叠，而所述多个瓣的非重叠瓣被抑制。
[0021]根据本公开的实施例，所述第二数目(N
TX
)的天线元件多于所述第一数目(N
bTX
)的波束端口，和/或所述第四数目(N
RX
)的第二天线端口多于所述第三数目(N
bRX
)的第二波束端口。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种MIMO雷达系统，其特征在于，包括：第一波束成形网络(TX，RX)，其包括第一数目(N
bTX
)的第一波束端口和连接到相应第一天线元件的第二数目(N
TX
)的天线端口，其中所述第一波束成形网络(TX，RX)被配置成经由第一天线端口将所述第一波束端口连接到所述第一天线元件，其中所述第一波束成形网络(TX，RX)被配置成针对所述第一波束端口中的每一个产生不同的第一波束图案；第一天线阵列，其包括所述第一天线元件，所述第一天线元件被配置成发射或接收所述第一波束端口的第一波束图案，其中所述第一天线元件以第一距离间隔开，所述第一距离被选择成为每个第一波束端口提供基本上由单一主瓣组成的不同的第一波束图案；以及第二波束成形网络(TX，RX)，其包括第三数目(N
bRX
)的第二波束端口和连接到相应第二天线元件的第四数目(N
RX
)的第二天线端口，其中所述第二波束成形网络(TX，RX)被配置成经由所述第二天线端口将所述第二天线元件连接到所述第二波束端口，其中所述第二波束成形网络(TX，RX)被配置成针对所述第二波束端口中的每一个产生不同的第二波束图案；第二天线阵列，其包括所述第二天线元件，所述第二天线元件被配置成接收或发射所述第二波束端口的第二波束图案，其中所述第二天线元件以大于所述第一距离的第二距离间隔开，所述第二距离被选择成为每个第二波束端口提供基本上由多个瓣组成的不同的第二波束图案；其中在操作中，所述第一天线阵列的第一波束图案与所述第二天线阵列的第二波束图案组合以提供组合波束图案。2.根据权利要求1所述的MIMO雷达系统，其特征在于，对于所述第二天线阵列的第二波束图案的瓣中的每一个，所述第一天线阵列的所述不同的第一波束图案的每个单一主瓣基本上不与所述第二天线阵列的所述第二波束图案的多于一个的瓣重叠。3.根据权利要求1或2所述的MIMO雷达系统，其特征在于，在所述组合波束图案中，对于每个第二波束端口，所述第二波束图案的所述多个瓣中的每个瓣与所述第一天线阵列的不同的第一波束图案的所述单一主瓣重叠。4.根据权利要求3所述的MIMO雷达系统，其特征在于，在所述组合波束图案中，对于每个第二波束端口，所述第二波束图案的所述多个瓣中的每个瓣与所述第一天线阵列的不同的第一波束图案的所述单一主瓣重叠，而所述多个瓣的非重叠瓣被抑制。5.根据在前的任一项权利要求所述的MIMO雷达系统，其特征在于，所述第二数目(N
TX
)的天线元件多于所述第一数目(N
bTX
)的波束端口，和/或其中所述第四数目(N
RX
)的第二天线端口多于所述第三数目(N
bRX
)的第二波束端口。6.根据在前的任一项权利要求所述的MIMO雷达系统，其特征在于，所述第一天线元件以小于c/(2f)的距离间隔开，和/或所述第二天线元件以小于c/f的距离间隔开，其中f是所述雷达系统的操作频率，并且c是光速。7.根据在前的任一项权利要求所述的MIMO雷达系统，其特征在于，所述MIMO雷达系统被配置成通过选择所述第一波束成形网络(TX)的第一波束端口和所述第二波束成形网络(RX，TX)的第二波束端口来选择交叉信道，优选地被配置成选择正交交叉信道的总数目(t)，所述总数目等于所述第一数目乘以所述第二数目。8.根据在前的任一项权利要求所述的MIMO雷达系统，其特征在于，所述第一天线阵列充当发射天线阵列，并且所述第二天线阵列充当接收天线阵列。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的MIMO雷达系统，其特征在于，所述第一天线阵列充当接收天线阵列，并且所述第二天线阵列充当发射天线阵列。10.根据在前的任一项权利要求所述的MIMO雷达系统，其特征在于，所述第一波束成形网络和所述第二波束成形网络中的至少一个由Butler矩阵网络或Rotman透镜实...

【专利技术属性】
技术研发人员：西塞罗，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：