具有基于相位的多目标检测的雷达系统的制作方法_3

文档序号:9686289阅读:来源:国知局
例如第一天线16A和第二天线16B)被配置为输出指示由天线16A、16Br..所检测的反射雷达信号20的检测信号(例如第一信号30A和第二信号30B)。控制器26通常被配置为:从多个天线16接收检测信号30,基于检测信号30来确定目标24是否存在于视场中,以及基于检测信号30的相位的分析来确定目标24是否包括多于一个物体(例如第一物体24A和第二物体24B)。
[0033]控制器26可包括接收器29,该接收器29被配置为从每个天线(例如,第一天线16A和第二天线16B)接收天线信号(例如,第一信号30A和第二信号30B),该天线信号对应于由多个天线16中的每一个所检测的反射雷达信号20。控制器26可包括混合器(未示出)和局部振荡器(未示出)以解调检测信号30。混合器和局部振荡器可以是接收器29的一部分。
[0034]由目标或多个物体所形成的目标的两个邻近散射中心所反射的雷达信号在天线16处在某种程度上彼此干涉。干涉的程度取决于来自每个物体的各个反射雷达信号之间的相对相位差。此相对相位差是这两个散射中心之间的横向和纵向距离间隔的函数,并且在所有天线16上不可能是相等的。如此,受干涉信号的相位频谱在接收天线阵列元件(天线16)上具有不同的分布。不同的天线阵列元件的幅度频谱可取决于相对位置差-波长比在不同的频率(即距离)处显示峰值和零点。由于一些汽车雷达系统以毫米和微米波长(例如12.5mm和3.92mm)工作,“相对位置差-波长比”的关系使频谱分布多样性在天线阵列元件上是相对动态的和灵敏的以区分物体或多个物体的道路上邻近散射中心。此灵敏度还取决于天线阵列元件的数量,该数量创建了在多个频率元处获得多个瞬时峰值的机会,而且当与NCI幅度频谱峰值检测技术相比较时,使用单个接收信道检测技术由此增加了邻近散射中心的检测与区分的可能性。NCI可用于在接收天线阵列元件上平均掉相对相位差的变化的频谱多样性效应,并且由此劣化第二邻近散射中心的检测和/或区分。
[0035]在散射中心位置丛在所有接收天线阵列元件上导致均匀的相长干涉的情况下,在多个频率元处接收多个瞬时峰值的机会减少了,因为所有接收天线阵列元件的局部幅度频谱均匀地变宽并且仅在一个且相同的频率元处产生峰值。这限制了即使与“或逻辑”单个信道检测技术一起使用幅度频谱峰值评估技术的邻近散射中心检测与区分的性能改善。特别地,如与具有较大数量的天线阵列元件的雷达相比较,对于具有小数量的天线阵列元件的雷达,性能限制的程度是显著的。这样的性能限制也通常是对于具有显著RCS差的邻近散射中心的情况。例如,邻近汽车的行人或邻近拖拉机挂车的摩托车可经受达到30dBsm RCS差。对于所有接收天线阵列元件,较大目标的频谱能遮蔽较小目标的频谱,并且使幅度频谱峰值检测技术失效。
[0036]通常,来自由散射中心所反射的信号的信息的完整提取需要复合频谱评估技术。由于散射中心之间的相对位置差被嵌入经叠加的信号相位项中,相位频谱评估技术应该还提供关于邻近散射中心的存在的信息,并且克服幅度频谱峰值检测技术的性能限制用于本文所讨论的方案。
[0037]此外,典型汽车雷达传感器限制了分类或归类道路目标的能力,例如通过跟踪行人的运动的微多普勒效应而将行人与车辆区分开来。行人的微多普勒检测依赖于多普勒频域上的幅度频谱峰值检测技术。如以上部分所述,归因于多个散射中心的信号干涉,幅度频谱峰值检测技术的性能限制还劣化了微多普勒效应检测以及跟踪器的有限能力以从类似车辆的物体分类行人。
[0038]本文提出的局部相位频谱评估技术通过评估相位差随时间的波动加强了分类或归类目标的雷达跟踪能力。如果散射中心处于连续运动中并且引起随时间的相对位置变化,那么相位差取决于雷达物体几何与运动分布在时域中波动。因此,相位差的标准偏差的时域变化提供了用于将从雷达所检测的道路上物体分类为多种类别的进一步信息。
[0039]图2和3是示出储存在系统10的控制器26中的数据的示例的曲线图200和曲线图300的非限制性示例。图2中的数据对应于来自具有与单个客运车辆相当的雷达截面(RCS)的单个物体的反射雷达信号。相比之下,图3中的数据对应于来自具有与两个客运车辆或单个客运车辆的后部和前部的两个散射中心相当的雷达截面(RCS)的两个挨在一起的物体的反射雷达信号。
[0040]检测信号30通常是时域信号,控制器26取样该时域信号并且执行频率变换(例如傅立叶变换)以产生检测信号(例如第一信号30A和第二信号30B)中的每一个的频率分布32。图2和3示出由频率变换引起的频率分布32的幅度部分34。本领域技术人员将认识到由某些类型的所发射雷达信号引起的雷达反射的频率变换将指示向着目标的距离。本领域技术人员还将认识到频率变换也可产生相位信息,参见图4和5,在下文被更详细地讨论。在两个情况(图2和3)下,幅度部分34没有表现得特别有用以确定位于大约四十一米(41m)的距离处并且对应于频率元#28的目标24是否是单点反射(例如仅第一物体24A),或多点反射(例如第一物体24A和第二物体24B)。
[0041]因此,控制器被有利地配置为确定检测信号30中的每一个的频率分布32。如上所讨论的,检测信号30中的每一个的频率分布包括两个如图2和3所示的幅度部分34,并包括相位部分36(图4和5)。频率分布32中的每一个包括与频率兀38相关联的多个幅度值和相位值,对应于特定频率处特定频率分布的幅度取样和相位取样。如将被本领域技术人员认识到,频率元38对应于向着潜在目标的距离,而频率分布32的幅度是特定距离处所反射的雷达信号的量的指示。如此,如果频率分布的幅度部分34是相对高的(例如大于60dB),则它是目标以对应于具有幅度部分34的最大值的频率元的距离或间隔而存在或邻近的指示。在图2和3中,幅度部分的最大值是在对应于大约四十一米的频率元#28处。
[0042]在一个实施例中,频率分布32可基于来自所有天线的检测信号的时域取样的频率变换(例如傅立叶变换)被表征为距离分布。替代地,频率分布32可基于来自所有天线的检测信号的时域取样的频率变换被表征为多普勒分布。所使用的替代是依赖于用于雷达信号18的调制,例如调频连续波(FMCW)、连续波(CW)或脉冲-多普勒。所有这些调制方案提供可以是时间取样的并且可变换到频域的时域信号。有差异的是频率分布所表示的。
[0043]例如,使用FMCW波形、具有足够数量的天线阵列元件的系统可以多种顺序执行3D-傅立叶变换。第一时间取样数据变换到频域是为了得到每线性调频脉冲的距离分布。对于给定的距离频率元,在多个线性调频脉冲上执行第二傅立叶变换为了得到多普勒分布。对于给定的距离-多普勒频率元,在天线阵列元件上执行第三傅立叶变换为了得到角分布(公知为数字波束形成)。注意到,为了确定距离、多普勒以及角分布的这种3D频率变换顺序是也可取决于预期应用的复杂度以不同的顺序执行的示例。
[0044]替代地,使用FMCW波形、仅具有两个或三个天线阵列元件的系统可仅使用1D傅立叶变换来处理,该1D傅立叶变换使用傅立叶变换将时间取样数据变换到频域,然后建立所谓的多普勒-距离平面并且在每个天线元件的线性调频之间应用匹配技术。当发现线性调频频域信号之间的交叉时,利用交叉坐标处的多普勒-距离指数来确定目标检测。在这对所有天线阵列完成之后,应用单脉冲技术(即天线元件之间的幅度和相位比较技术)以便得到所检测目标的角。对于此技术,另一个频率变换阶段是不必要的。
[0045]另一个替代是使用脉冲-多普勒波形,这不需要在时间取样的数据上执行傅立叶变换以得到距离分布。相反,所谓的距离门被定义为取样序列的函数,在单脉冲完全发射之后立即开始。例如,距离门1 = tsl/(2C)、距离门2 = ts2/(2C)、...、距离门N= tsN/(2C),其中tsl、ts2、…、tsN是在单脉冲发射之后的第1、第2、…、第N取样时间。这对数个连续的脉冲重复地执行。对于给定的距离门,在数个脉冲上对时间取样数据执行傅立叶变换以确定多普勒分布。由于这对天线阵列元件
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