本发明涉及用于改善雷达测量的并且特别是用于扩展雷达系统的范围和分辨率的系统和方法。
背景技术
汽车和其他车辆已经开始采用包括雷达技术的安全系统，该雷达技术用于检测物体或目标相对于车辆的位置，从而使得驾驶员或碰撞回避设备能够相应地做出反应。雷达系统包括用于发出源信号的发射器和用于接收来自目标的源信号的回波或反射的接收器。以选定的采样频率对接收到的信号进行采样，并将接收到的信号的所采样到的数据点输入到“快速傅立叶变换(fft)”中以便确定返回信号的频率。可以从该频率确定目标相对于车辆的范围或相对速度。
目标位置可以被明确地确定的最大范围与回波信号的最高频率分量相关联。奈奎斯特频率以上的频率(与最高频率分量有关)常常在距离确定之前从频率空间中滤除，因为这些频率被认为是与假距离读数相关的混淆频率。为了提升明确的范围，可以在车辆中安装具有更高雷达频率和更高采样率的新硬件。但是，这样的硬件和安装会增加车辆的成本。因此，期望提供一种使用现有雷达系统来提升雷达信号的范围和/或分辨率的方法。
技术实现要素：
在本发明的示例性实施例中，公开了一种用于扩展由雷达获得的目标的位置参数的方法。该方法包括：接收作为来自目标的雷达源信号的反射的回波信号；在回波信号的频率空间中获得峰值，其中该峰值位于大于回波信号的奈奎斯特频率的频率处；将峰值移动到频率空间的负域；并使用负域中的峰值来确定目标的位置。
在本发明的另一个示例性实施例中，公开了一种雷达系统。该雷达系统包括被配置成生成雷达源信号的发射器；接收器，其被配置为接收作为来自目标的雷达源信号的反射的回波信号；和处理器。该处理器被配置为：以采样频率对回波信号进行采样，在所采样到的回波信号的频率空间中获得峰值，其中该峰值位于大于回波信号的奈奎斯特频率的频率处，将峰值移动到频率空间的负频域，并且使用负域中的峰值来确定目标的位置。
结合附图，根据本发明的下文具体实施方式，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
其他特征、优点和细节仅以示例的方式出现在下文实施例的具体实施方式中，具体实施方式参考附图，其中：
图1示出了诸如汽车的车辆，其包括适合于确定物体或目标相对于车辆的距离和/或相对速度的雷达系统；
图2示出了用于图1的示例性雷达系统的接收器系统的示例性前端；
图3a-3c示出了本文公开的用于提升针对所选定的雷达信号的雷达系统的范围的方法的各个阶段期间的频率空间；
图4a-4c示出了本文公开的用于提升雷达系统的分辨率的方法的各个阶段期间的频率空间；
图5示出了说明用于提升雷达系统的范围的本发明的方法的流程图；以及
图6示出了说明用于提升雷达系统的分辨率的本发明的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不意图限制本公开、其应用或用途。应该理解的是，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。
根据本发明的示例性实施例，图1示出了车辆100，例如汽车，其包括适合于确定物体或目标104相对于车辆100的距离和/或相对速度的雷达系统102。在图1所示的实施例中，雷达系统102包括发射器106和接收器108。在替代实施例中，雷达系统102可以是包括发射器阵列和接收器阵列的mimo(多输入，多输出)雷达系统。车辆100上车载的控制单元110控制和操作发射器106以生成射频波(“源信号”120)。在一个实施例中，源信号120包括经常被称为啁啾信号的线性频率调制连续波(lfm-cw)。替代性地，源信号120可以是脉冲信号或者脉冲信号和啁啾信号的组合。来自目标104的源信号120的反射在本文中被称为回波信号122。回波信号122在接收器108处被接收，该接收器通常包括用于对回波信号122进行采样的电路。控制单元110对回波信号122执行计算以确定目标104相对于车辆100的距离和/或相对速度。然后可以使用目标104相对于车辆100的距离和/或相对速度的知识来操纵车辆100，例如通过加速或减速车辆100或转向车辆以避免目标104。在一个实施例中，控制单元110确定目标104的距离和/或速度并且与碰撞避免系统112合作以控制转向和加速/减速分量以在车辆100处执行必要的操纵以避免目标104。在另一个实施例中，控制单元110提供信号以警告车辆100的驾驶员，使得驾驶员可以采取任何必要的行动来避免目标104。
虽然雷达系统102在本文中被讨论为车载于车辆100上，但在替代性的实施例中，雷达系统102也可以是不动或静止物体的一部分。类似地，目标104可以是车辆或移动物体，或者可以是不动的或静止的物体。
图2示出了用于图1的示例性雷达系统的接收器系统的示例性前端200。前端200包括接收图1的回波信号122的接收器天线202。由回波信号122生成的电信号通过低噪放大器(lna)204从接收器天线202发送，该低噪放大器(lna)放大信号而不显著地降低信噪比(snr)。经放大的信号被发送到混频器206。混频器206将回波信号122的同相和正交分量进行结合。经结合的信号经由高通滤波器208和低通滤波器210进行滤波。模数转换器(adc)212通过以选定的采样频率对经滤波的信号进行采样来将经滤波的信号转换成数字信号。数字信号被提供给数字信号处理器(dsp)214，该数字信号处理器执行本文公开的用于确定目标的距离和/或速度的各种方法。dsp214生成数字信号的离散频谱。在一个实施例中，dsp214对数字信号执行快速傅立叶变换(fft)以获得离散频谱。频谱内的峰值代表回波信号，并被用于确定目标104的位置和/或速度。除了fft之外的其它变换可以在替代性的实施例中使用。峰值可用于范围确定或速度确定。可以首先执行范围确定，然后应用滤波器来移除负频率，之后可以执行速度确定。
图3a-3c示出了本文公开的用于提升所选定的雷达信号的雷达系统的范围的方法的各个阶段期间的频率空间。图3a示出了在频率空间中形成的峰值301，其中峰值301指示通过对回波信号122进行数字采样并对采样到的信号执行fft而获得的频率。回波信号的奈奎斯特频率被显示在频率空间中并且由fs/2来指示。通常，奈奎斯特频率是希望被采样的信号的最大频率分量的一半。对于提升雷达系统范围的方法，以奈奎斯特频率对回波信号122进行采样。在大于奈奎斯特频率fs/2的频率处的频率空间中出现的峰值是混淆频率，该混淆频率是目标104比雷达系统的最大明确范围更远离车辆100的结果。
出于说明的目的，峰值301是混淆频率(大于奈奎斯特频率)。滤波器可应用于频率空间，以便从0到fs范围内去除域外的任何频率。根据本发明的方法，处于fs/2和fs之间的频率(例如，峰值301)的频率峰值被移动到负频率空间，如箭头302所示。在fs/2和fs之间的频率处的峰值尤其被移动到-fs/2和零之间的频率空间的域。图3b示出峰值301被移动到峰值303的位置。在一个实施例中，为了移动峰值301，从峰值301的频率减去奈奎斯特频率的两倍。换句话说，f303＝f301-fs，其中f303是负频率空间中的峰值，并且f301是最初由fft产生的峰值。可以类似地移动fs/2和fs之间的所有其他频率峰值。图3c示出了混淆峰值301被移动到负频率空间之后的频率空间。负频率空间中的峰值f303可用于随后的计算，从而当目标处于大于由奈奎斯特频率指示的雷达系统的最大明确范围的距离时确定该目标的范围。由于fft产生复频率分量(同相和正交)，因此负频率空间中的内容与正频率空间中的内容容易区分。使用负频率空间中的频率(以及可能出现在0和fs/2之间的任何频率峰值)，目标的最大范围可以加倍于仅使用0和fs/2之间的频率获得的最大范围。此外，使用当前存在的雷达系统发生该范围加倍，即，不需要通过额外的硬件组件或重新设计现有硬件组件来增加硬件复杂性。
图4a-4c示出了本文公开的用于提升雷达系统的分辨率的方法的各个阶段期间的频率空间。图4a示出了通过对回波信号122执行fft的频谱，其中回波信号122以奈奎斯特频率的一半而不是奈奎斯特频率被采样。在一个实施例中，可以通过以奈奎斯特频率对回波信号进行采样并且然后仅使用fft中的每隔一个采样点来实现以奈奎斯特频率的一半的采样。以奈奎斯特频率的一半采样会在频谱中产生混淆峰值，如峰值401。为了提升分辨率，混淆峰值被移动到负频率空间，如箭头402所示。图4b示出峰值401从负频率空间移动以产生峰值403。在一个实施例中，从峰值401的频率减去奈奎斯特频率的两倍以获得峰值403。换句话说，f403＝f401-fs，其中f403是负频率空间中的峰值401的频率，并且f401是峰值401的频率。fs/2和fs之间的所有其他峰值以这种方式被移动到负频率空间。图4c示出了峰值401已经移动到峰值403之后所得到的频率空间。由于fft产生复频率分量(同相和正交)，因此负频率空间中的内容与正频率空间中的内容容易区分。负频率空间中的峰值在随后的计算中用于确定目标的位置。在随后的计算中使用负频率空间中的峰值可提高信号的分辨率，其分辨率仅使用0和fs/2之间的峰值获得。
图5示出了图示本发明的用于提升雷达系统的范围的方法的流程图500。在框502中，回波信号从来自目标的雷达源信号的反射中获得。在框504中，回波信号以奈奎斯特采样率采样，并且对回波信号执行fft以获得与频率空间中的回波信号有关的频率。在框506中，将抗混淆滤波器应用于频率空间以允许介于0和fs之间的峰值并去除该域外的峰值。在框508中，在fs/2和fq之间的峰值被移动到-fs/2和0之间。在框510中，经修改的频率空间用于确定到目标的距离。在一个实施例中，用于确定该距离的频率在-fs/2和0之间，尽管在-fs/2和fs/2之间的频率可以在替代性的实施例中使用。
图6示出了说明本发明的用于提升雷达系统的分辨率的方法的流程图600。在框602中，回波信号从来自目标的雷达信号的反射中获得。在框604中，以非最佳采样频率(例如奈奎斯特频率的一半)对回波信号进行采样。在框606中，对经采样的信号执行fft以获得频率空间中的峰值，其中使用非最佳采样频率产生混淆峰值。在框608中，使用非最佳采样频率产生的混淆峰值被移动到负频率空间。特别地，fs/2和fs之间的峰值被移动到-fs和0之间。在框610中，尽管在替代性的实施例中可以使用-fs/2和fs/2之间的频率来确定距离，但负频率空间中的频率(-fs/2和0之间)被用于确定到目标的距离。
在本文中公开的方法提供对雷达系统的一个或多个或一系列范围和雷达系统的分辨率的改进。这些改进通过对现有的雷达系统执行额外的计算步骤获得，并且因此可以扩展范围和分辨率，而无需额外的硬件组件。可以将目标104的距离测量的改进提供给驾驶员或碰撞避免系统，并且驾驶员或碰撞避免系统可以做出反应以避免目标，从而提高驾驶员和车辆的安全性。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。