雷达中的角分辨率的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请总体设及雷达，并且具体设及雷达中的角分辨率。
【背景技术】
[0002] 车辆可W具有停车传感器W检测车辆后方的障碍物。当倒车时停车传感器使用超 声波信号确定车辆离障碍物的距离。此类停车传感器W超声波频率操作。停车传感器输出 超声波检测信号W检测障碍物是否在车辆后部的后面，并且接收从障碍物答复的超声波信 号。在一个示例中，车辆具有多个停车传感器W覆盖车辆的整个后方，运使得它相对昂贵。 另外，超声波停车传感器使用时分障碍物检测技术，其中每个传感器在定义的时隙中发送 和接收超声波检测信号。因此，使用超声波传感器检测障碍物的过程是耗时的，运在车辆高 速移动时是不安全的。
[0003] 对于超声波停车传感器，测量孔并在车辆的保险杠中钻孔W安装换能器。风险与 钻孔和安装换能器到保险杠中有关。超声波传感器的性能对溫度和大气条件(如雪和雨)敏 感。当传感器被雪覆盖时，超声波传感器的性能大大降低。此外，超声波传感器具有有限的 工作范围。
[0004] 在汽车应用中雷达的使用正在迅速发展。雷达不具有与超声波传感器相同的缺 点。雷达在许多车辆应用（如碰撞报警、盲点警告、辅助变更车道、停车辅助和后部碰撞警 告）中是有用的。示例包括脉冲雷达和FMCW(频率调制连续波)雷达。
[0005] 在脉冲雷达中，雷达W固定的间隔W-种脉冲形状发射信号。障碍物对所发射的 脉冲进行散射，而散射的脉冲被雷达接收。在发射脉冲和接收散射的脉冲之间的时间与从 雷达到障碍物的距离成比例。为了实现更好的范围分辨率，在脉冲雷达的ADC(模数转换器） 中使用具有高采样速率的较窄脉冲。此外，脉冲雷达的灵敏度与功率成正比，运使脉冲雷达 的设计复杂。
[0006] 在FMCW雷达中，发射信号被频率调制W产生发射线性调频脉冲。障碍物散射该发 射线性调频脉冲，而且散射的线性调频脉冲由FMCW雷达接收。拍频信号通过混合发射的线 性调频脉冲和接收的散射线性调频脉冲来获得。拍频信号的频率与从FMCW雷达到障碍物的 距离成比例。拍频信号由模数转换器(ADC)采样。ADC的采样速率与拍频信号的最大频率成 比例，且拍频信号的频率与最远障碍物的范围成比例，运可W通过FMCW雷达来检测。因此， 在脉冲雷达中，FMCW雷达中的ADC的采样速率独立于范围分辨率。
[0007] 通常，在FMCW雷达中，多个线性调频脉冲W帖为单位发射。针对障碍物的范围和相 对速度估计对在一个帖上接收的采样拍频信号数据执行2维（2D)FFT。收集器(bin)是对应 于障碍物的范围和相对速度估计的2D FFT网格。在特定收集器中检测的信号表示存在具有 预定范围和相对速度的障碍物。当多个接收天线被用于接收散射线性调频脉冲时，FMCW雷 达估计障碍物的仰角和障碍物的方位角。在每个帖中，使用从每个接收天线接收的数据来 计算2D FFT。因此，2D FFT的数量等于接收天线的数量。当在2D FFT网格的特定收集器中检 测到障碍物时，对应于每个接收天线的特定收集器的数值被用于估计障碍物的方位角和仰 角。
[000引FMCW雷达在范围、相对速度和角度的维度上解析障碍物。为了准确地估计障碍物 的位置，在运些维度中的任何一个维度中解析障碍物。如果多个障碍物位于从FMCW雷达起 的相同距离处，并且如果它们W相同的相对速度行进，那么FMCW雷达在角度维度上解析运 些障碍物。
[0009] 因此，在确定FMCW雷达的性能时，角度估计是一个重要因素。角度估计的分辨率和 精确度与FMCW雷达中的天线单元的数目成正比。随着FMCW雷达在范围广泛的应用中使用， 其设计变得更加成本敏感。每个天线具有用于接收散射线性调频脉冲的不同接收器路径 (其包括放大器、混频器、ADC和滤波器），因此在FMCW雷达中使用的天线的数目是确定FMCW 雷达的总体成本的关键因素。
【发明内容】
[0010] 在所描述的用于估计障碍物的位置的雷达装置的示例中，接收天线单元包括:天 线线性阵列；和与天线线性阵列中的至少一个天线具有预定偏移的附加天线。信号处理单 元根据在天线线性阵列处从障碍物接收的信号来估计与每个障碍物相关联的方位频率。信 号处理单元根据与每个障碍物相关联的估计的方位频率来估计与每个障碍物相关联的方 位角和仰角。
【附图说明】
[0011] 图1示出雷达装置中的接收天线单元。
[0012] 图2(a)示出雷达装置。
[0013] 图2(b)示出雷达装置的操作。
[0014] 图2(c)-l示出雷达装置中的发射天线单元的波束宽度，其中发射天线Txl和Τχ2在 相同时间发射。
[0015] 图2(c)-2示出雷达装置中的发射天线单元的波束宽度，其中发射天线Txl正在发 射，而发射天线Τχ2不发射。
[0016] 图2(c)-3示出雷达装置中的发射天线单元的波束宽度，其中发射天线Τχ2正在发 射，而发射天线Txl不发射。
[0017]图3示出雷达装置。
【具体实施方式】
[001引 W下共同未决的专利申请通过引用并入本文：申请号US 14/329,446。
[0019] 图1示出雷达装置中的接收天线单元100。在至少一个示例中，接收天线单元100被 集成在雷达装置中，该雷达装置进一步被集成在工业应用或汽车应用中。接收天线单元100 包括天线的线性阵列。天线的线性阵列包括多个天线，例如天线al、a2、a3和aN，其中aN是第 N个天线，并且N是整数。在图1的示例中，天线被表示为曰1至aN。天线线性阵列al-aN被显示 为沿X轴布置。在天线线性阵列al-aN中的相邻天线被分开一个间距d，所W天线al和a2相对 彼此W距离"d"放置。
[0020] 另外，接收天线单元100包括附加天线bl。附加天线bl与天线线性阵列al-aN中的 至少一个天线具有预定偏移。如图1所示，该预定偏移是距离天线线性阵列al-aN中的天线 al的（α，β)。术语α是从Z轴到附加天线bl的距离，而术语β是从X轴到附加天线bl的距离。在 一个实施例中，附加天线不在XZ平面中，并且从XZ平面到附加天线bl的垂直距离为丫。在一 个实施例中，预定偏移是λ/2的倍数，其中λ是接收天线单元100的工作波长。在一个实施例 中，d为λ/2，α为λ/4，β为λ/2,且丫为0。在一个实施例中，天线线性阵列中的天线之间的间隔 d是λ/2的倍数。
[0021] 为了便于理解，考虑其中天线线性阵列具有Ξ个天线(al、a2和曰3)的实施例。W下 等式（1)是在接收天线单元100处从障碍物102接收到的信号的数学表示。等式（1)中的信号 'r'表示在信号处理单元处理由接收天线单元100接收的信号之后获得的信号。在一个实施 例中，信号'r'表示对在接收天线单元100中的每个天线处从障碍物接收的信号执行2D FFT 之后获得的信号。
[0022]
…
[0023] 其中wx是方位频率，并且A是对应于障碍物的复振幅。术语Φ是在附加天线bl处的 相位，且由下式给出
[0024]
[0025] 其中Wz是高程频率。术语Wx和Wz定义如下：
[002引在等式（1)中，分量e-J'w*表示由于天线al所产生的因数，分量表示由于天线 a2所产生的因数，并且分量表示由于天线bl所产生的因数。角度104(θ)表示障碍物102 与天线单元100之间的方位角。角度108( Φ )表示障碍物102与天线单元100之间的仰角。方 位角（0)104是Υ轴与从天线al到障碍物102的矢量在ΧΥ平面上的投影之间的角度。仰角（Φ ) 108是从天线al到障碍物102的矢量与XY平面之间的角度。在至少一个示例中，接收天线单 元100被用于估计在从接收天线单元100起的固定距离处并且相对于雷达装置具有相同的 相对速度的多个障碍物的位置。在一个示例中，接收天线单元100被用于估计多个障碍物的 位置，所述多个障碍物在不同的距离处并且相对于雷达装置具有不同的相对速度。例如，接 收天线单元100被用于估计两个障碍物A和B的位置，其中A在距离雷达装置1米处，B在距离 雷达装置1.2米处，A的相对速度为5m/s，而B的相对速度为4.5m/s。在一个附加的示例中，接 收天线单元100被用于估计两个障碍物的位置，运两个障碍物在2D FFT网格的不同收集器 (bin)中被检测，但是它们在2D FFT域中的信号相互干扰。例如，第一障碍物(在2D FFT网格 的第一收集器中被检测)可W具有衰减信号，该衰减信号表示第一障碍物在第二收集器中。 运个衰减信号干扰在第二收集器中检测到的第二障碍物的位置估计。在一个实施例中，当 天线线性阵列al-aN具有N个天线时，接收天线单元100估计高达(N-1)个障碍物的位置。
[0029]图2(a)示出雷达装置200。雷达装置200包括发射天线单元205、接收天线单元210 和信号处理单元215。接收天线单元210在连接和操作方面类似于接收天线单元100。
[0030] 雷达装置200在范围、相对速度和角度的维度中解析障碍物。为了精确地估计障碍 物的位置，在运些维度中的任一维度中解析障碍物。因此，如果多个障碍物位于从雷达装置 200起相同的距离处并且相对于雷