用于FMCW雷达处理的方法和装置与流程

本申请一般地涉及雷达，并且更具体地涉及优化雷达存储器需求。

背景技术：

在汽车应用中的雷达的使用正在迅速发展。雷达发现可用于与交通工具有关的许多应用，如碰撞警告、盲点警告、换道辅助、停车辅助和尾部碰撞警告。脉冲雷达和fmcw(调频连续波)雷达主要用于这类应用中。

在fmcw雷达中，本地振荡器通过频率调制发送信号生成频率斜升段。频率斜升段也称为线性调频信号(chirp)。频率斜升段由一个或更多个发送单元放大和发射。频率斜升段由一个或更多个障碍物散射以生成散射的信号。在fmcw雷达中散射的信号由一个或更多个接收单元接收。通过混合频率斜升段和散射的信号获得的信号被称作if(中频)信号。if信号的频率(f)与障碍物距离fmcw雷达的距离(d)成比例，并且也与频率斜升段的斜率(s)成比例。

if信号由adc(模拟数字转换器)采样。由adc生成的采样的数据通过处理器处理以获得一个或更多个障碍物的位置和速度。在一种fmcw雷达中，处理器对采样数据执行基于fft(快速傅里叶变换)的相干处理。然而，这个常规的处理需要处理器中的大量的存储器。这对fmcw雷达的大小有不利地影响。

一些现有的fmcw雷达使用已知的存储器压缩技术来压缩fft处理中生成的数据。然而，这些存储器压缩技术在本质上是有损的，因此导致了雷达系统的精度的衰减。存储器减小的另一个常规方法是基于限制在单一帧的fft处理中可被观察到fmcw雷达的范围。因此，由发送单元发送多个帧，并且每个帧专门用于特定范围。在这个方法中，因为对单一视野需要多个帧，它增加了fmcw雷达的功率消耗，并且使得在实时应用中也难以使用fmcw雷达。

技术实现要素：

在所描述的示例中，一种雷达装置包括发送第一线性调频信号的发送器。第一线性调频信号由一个或更多个障碍物散射以生成散射的信号。多个接收器接收散射的信号。每个接收器响应于散射的信号中的一个生成数字信号。处理器被耦合到接收器并接收来自接收器的数字信号。处理器在从接收器接收的数字信号上执行范围fft(快速傅里叶变换)和角度fft以生成复采样的第一矩阵。

附图说明

图1说明根据一个实施例的雷达装置。

图2(a)至图2(c)说明雷达装置中的fft处理。

图3(a)和图3(b)说明根据一个实施例的雷达装置中的fft处理。

图4说明根据一个实施例的由雷达装置生成的图像。

图5是说明根据一个实施例的雷达装置的操作的方法的流程图。

具体实施方式

图1说明了根据一个实施例的雷达装置100。雷达装置100包括发送器101。发送器101包括本地振荡器102和发送天线104。发送天线104被耦合到本地振荡器102。在一个版本中，功率放大器被耦合在本地振荡器102和发送天线104之间。雷达装置100也包括接收器110。接收器110包括接收天线108、低噪声放大器(lna)112、混频器114、中频(if)滤波器116和模拟数字转换器(adc)118。lna112被耦合到接收天线108。混频器114被耦合到lna112。混频器114也被耦合到本地振荡器102。

if滤波器116被耦合到混频器114。adc118被耦合到if滤波器116。处理器120被耦合到adc118。在一个版本中，雷达装置100包括与接收器110在连接和操作方面类似的多个接收器。每个接收器包括接收天线、lna、混频器、if滤波器和adc。在每个接收器中的adc被耦合到处理器120。在一个示例中，雷达装置100包括多个处理器，并且每个接收器被耦合到处理器中的一个。雷达装置100可能包括一个或更多个额外的组件，为了描述的简单性，这里不讨论。

在图1中的雷达装置100的操作中，本地振荡器102生成频率斜升段(也称作线性调频信号)。在一个示例中，功率放大器被耦合在本地振荡器102和发送天线104之间。线性调频信号由功率放大器放大，并被提供给发送天线104。在发送器101中的发送天线104发送线性调频信号。线性调频信号由一个或更多个障碍物散射以生成多个散射的信号。

散射的信号中的一个由接收器110接收。接收天线108接收散射的信号。lna112放大散射的信号。混频器114混合/频由本地振荡器102生成的线性调频信号和从lna112接收的放大的散射的信号。混频器114生成if(中频)信号。if信号由if滤波器116滤波以生成滤波的if信号。adc118采样滤波的if信号以生成数字信号。

在上述示例中，当雷达装置100包括多个接收器时，每个接收器接收散射的信号中的一个并生成数字信号。散射的信号对应于由发送天线104发送的线性调频信号而被生成。因此，处理器120接收来自接收器的数字信号。

数字信号由处理器120处理以获得一个或更多个障碍物的范围和角度。处理器120在数字信号上执行fft(快速傅里叶变换)。fft频谱中的峰值表示障碍物，并且fft频谱中的峰值的位置与障碍物距离雷达装置100的相对距离成比例。由处理器120执行的处理之后在与图3(a)和图3(b)结合的描述中被讨论。

图2(a)至图2(c)说明雷达装置中的fft处理。fft处理结合雷达装置100进行解释。雷达装置100发送多个线性调频信号。一组线性调频信号形成帧。在一个示例中，一帧包括n个线性调频信号，其中，n是整数。n个线性调频信号中的线性调频信号由一个或更多个障碍物散射以生成多个散射的信号。

当雷达装置100包括多个接收器时，每个接收器接收散射的信号中的一个，并生成数字信号。因此，处理器120接收来自接收器的数字信号。数字信号对应于n个线性调频信号中的该线性调频信号。

处理器120在从接收器接收的每个数字信号上执行范围fft(快速傅里叶变换)或1dfft。在接收器和线性调频信号组上由处理器120生成的范围fft数据被存储在处理器120内的初级存储器中。在图2a中针对四个接收器的情况对此进行说明。

图2(a)说明了对应于四个接收器而生成的表示为m1、m2、m3和m4的四个矩阵。这些矩阵被存储在初级存储器中。帧包括第一线性调频信号、第二线性调频信号至第n线性调频信号。处理器120接收来自四个接收器的对应于第一线性调频信号(线性调频信号#1)的数字信号。第一接收器针对第一线性调频信号(线性调频信号#1)生成第一数字信号。处理器120生成对应于第一数字信号的范围fft数据202并且将其存储在矩阵m1中。

第二接收器针对第一线性调频信号(线性调频信号#1)生成第二数字信号。处理器120生成对应于第二数字信号的范围fft数据204并且将其存储在矩阵m2中。类似地，处理器120处理从第三接收器和第四接收器接收的对应于第一线性调频信号(线性调频信号#1)的数字信号，并且分别将它们存储在矩阵m3和矩阵m4中。

第一接收器针对第二线性调频信号(线性调频信号#2)生成第五数字信号。处理器120生成对应于第五数字信号的范围fft数据212并且将其存储在矩阵m1中。第二接收器针对第二线性调频信号(线性调频信号#2)生成第六数字信号。处理器120生成对应于第六数字信号的范围fft数据214并且将其存储在矩阵m2中。类似地，处理器120处理从第三接收器和第四接收器接收的对应于第二线性调频信号(线性调频信号#2)的数字信号，并且分别将它们存储在矩阵m3和矩阵m4中。

以类似的方式，处理器120在对应于第n线性调频信号(线性调频信号#n)的接收的数字信号上执行范围fft，并将范围fft数据存储在对应的矩阵中。例如，第一接收器生成对应于第n线性调频信号(线性调频信号#n)的数字信号。处理器120生成对应于第n线性调频信号的范围fft数据220并且将其存储在矩阵m1中。范围fft将一个或更多个障碍物分解在范围中。在一个示例中，范围fft的大小为nrange。

在对应于整个帧的范围fft数据被存储在初级存储器中后，雷达装置100执行多普勒(doppler)fft或2dfft，如图2(b)所示。在列c1、c2至cm上执行多普勒fft，并且由处理器120生成的多普勒fft数据被存储在如240所述的多普勒二进制(bin)中。在一个示例中，范围fft数据被存储在初级存储器的行上(由图2(a)所示)，其被称作范围二进制并被示出为230。在初级存储器的列上执行多普勒fft，并且多普勒fft数据被存储在示出为240的多普勒二进制中(由图2(b)所示)。

在另一个示例中，范围fft数据被存储在初级存储器的列上。相应地，在初级存储器的行上执行多普勒fft。在一个示例中，多普勒fft的大小是ndoppler。当在多普勒fft中执行零填充/补零时，ndoppler大于每帧线性调频信号的数量。多普勒fft将一个或更多个障碍物分解在多普勒中。

在处理器120执行范围fft和多普勒fft后，每个矩阵包括如图2(c)所示的多个数据二进制。例如，矩阵m1包括数据二进制(1，1)、(2，1)至(m，n)。类似的数据二进制在矩阵m2，m3和m4中产生。接下来，处理器120在存储在初级存储器中的数据上执行角度fft。沿着矩阵的对应元素执行角度fft。因此，沿着m1(i，j)、m2(i，j)、m3(i，j)和m4(i，j)执行角度fft。例如，在接下来的数据二进制m1(1，1)、m2(1，1)、m3(1，1)和m4(1，1)上执行角度fft。

在矩阵m1至m4的所有数据二进制上执行角度fft。在一个示例中，角度fft的大小是nangle。当在角度fft中执行零填充时，nangle大于在雷达装置100中的接收器的数量。范围fft之后是多普勒fft并且多普勒fft之后是角度fft的顺序分别将一个或更多个障碍物分解在范围、速度和角度中。处理器120使用这个顺序以确定一个或更多个障碍的范围、速度和角度。

然而，由处理器120使用的这个fft处理技术需要大量的初级存储器。需要被存储在初级存储器中的采样的数量为(nrange)×(ndoppler)×(nangle)。在一个示例中，这在初级存储器中需要512mb的大小。大的初级存储器不利地影响雷达装置100的大小。

图3(a)和3(b)说明根据一个实施例的雷达装置中的fft处理。fft处理结合雷达装置100进行解释。雷达装置100发送多个线性调频信号。一组线性调频信号形成帧。在一个示例中，帧包括n个线性调频信号，其中n是整数。

帧包括第一线性调频信号。在雷达装置100中的发送器101发送第一线性调频信号。第一线性调频信号由一个或更多个障碍物散射以生成第一多个散射的信号。与雷达装置100中的接收器110类似的多个接收器接收第一多个散射的信号。为了易于理解，在这个示例中，雷达装置100包括四个接收器，接收器#1、接收器#2、接收器#3和接收器#4。这些接收器中的每个响应于第一多个散射的信号中的一个生成数字信号。因此，雷达装置100响应于第一线性调频信号生成第一多个数字信号。处理器120从接收器接收第一多个数字信号，并且在数字信号上执行范围fft(快速傅里叶变换)以生成对应于四个接收器的图3(a)中所示的矩阵。矩阵被存储在初级存储器中。

处理器120从四个接收器接收对应于第一线性调频信号的数字信号。第一接收器(接收器#1)针对第一线性调频信号生成第一数字信号。处理器120生成对应于第一数字信号的范围fft数据302并且将其存储在矩阵中。

第二接收器(接收器#2)针对第一线性调频信号生成第二数字信号。处理器120生成对应于第二数字信号的范围fft数据304并且将其存储在矩阵中。第三接收器(接收器#3)针对第一线性调频信号生成第三数字信号。处理器120生成对应于第三数字信号的范围fft数据306并且将其存储在矩阵中。第四接收器(接收器#4)针对第一线性调频信号生成第四数字信号。处理器120生成对应于第四数字信号的范围fft数据308并且将其存储在矩阵中。

范围fft将一个或更多个障碍物分解在范围中。在一个示例中，范围fft的大小为nrange。在对应于第一线性调频信号的范围fft数据被存储在初级存储器中之后，雷达装置100执行角度fft或3dfft，如图3(b)中所示。

在列c1、c2至cn上执行角度fft以生成复采样的第一矩阵。处理器120执行角度fft并且将复采样的第一矩阵存储在初级存储器中。复采样的第一矩阵对应于第一线性调频信号。在一个示例中，范围fft数据被存储在初级存储器的行上(如图3(a)中所示)。在初级存储器的列上执行角度fft，并且因此生成的复采样的第一矩阵被存储在初级存储器中(如图3(b)中所示)。

在另一个示例中，范围fft数据被存储在初级存储器的列上。因此，在初级存储器的行上执行角度fft。在一个示例中，角度fft的大小为nangle。范围fft之后是角度fft的这个顺序分别将一个或更多个障碍物分解在范围和角度中。在一个示例中，处理器120使用复采样的矩阵中的峰值以确定一个或更多个障碍物的范围和角度。

处理器120从复采样的第一矩阵生成第一输出数据。第一输出数据对应于第一线性调频信号。在一个示例中，第一输出数据从在复采样的第一矩阵上的非线性运算生成。非线性运算是模数运算和振幅平方运算中的至少一个。在模数运算中，对于复采样的第一矩阵的每个采样生成绝对值。在振幅平方运算中，复采样的第一矩阵的每个采样的实部和虚部被平方并被求和。第一输出数据也是矩阵的形式。处理器120将第一输出数据存储在次级存储器中。

以与以上讨论类似的方式，处理器120从在对应于第二线性调频信号生成的复采样的第二矩阵上的非线性运算生成第二输出数据。第二线性调频信号由发送器中的发送天线104发送。第二线性调频信号由一个或更多个障碍物散射以生成第二多个散射的信号。在雷达装置100中的多个接收器接收第二多个散射的信号，并生成第二多个数字信号。

处理器120在第二多个数字信号上执行范围fft和角度fft以生成复采样的第二矩阵。处理器120从复采样的第二矩阵生成第二输出数据。在一个版本中，处理器120非相干地累加复采样的第一矩阵和复采样的第二矩阵以生成二维图像。

在另一个版本中，处理器120被配置为使第二输出数据和存储在次级存储器的第一输出数据相加以生成二维图像。这在下面的方程中示出：

bfinal＝bfirst+bsecond(1)

其中，bfirst是第一输出数据，bsecond是第二输出数据，以及bfinal是通过添加存储在次级存储器中的第一输出数据获得的最后数据。bfinal被用于处理器120以生成二维图像。

在又一个版本中，处理器120被配置为使第一输出数据和第二输出数据的加权平均值相加以生成二维图像。二维图像被存储在次级存储器中。处理器120从二维图像确定一个或更多个障碍物的范围和角度。这在下面的方程中示出：

bfinal＝αbfirst+(1-α)bsecond(2)

其中，α表示权重。

由处理器120使用非相干累加技术的存储器需求是nrange×nangle×2(其中，2的因子用于解释初级存储器和次级存储器二者)。这比结合图2(a)至图2(c)讨论的存储器需求要小得多。

当多个线性调频信号由发送器101发送时，在雷达装置100中的fft处理被解释。当线性调频信号包括第一线性调频信号和第二线性调频信号时，参照第一线性调频信号和第二线性调频信号在上面解释的处理与下面的描述一致。

在雷达装置100中的发送器101发送线性调频信号。在一个示例中，帧包括n个线性调频信号，其中n是整数。多个线性调频信号由一个或更多个障碍物散射以生成多个散射的信号。

雷达装置100包括多个接收器。多个接收器接收散射的信号。每个接收器接收散射的信号中的一个并生成数字信号。因此，处理器120从每个接收器接收数字信号。数字信号对应于线性调频信号中的一个。

处理器120在从接收器接收的数字信号上执行范围fft和角度fft以生成对应于线性调频信号的复采样的矩阵。以与结合第一多个数字信号讨论的类似的方式，处理器120执行范围fft和角度fft。处理器120非相干的累加对应于线性调频信号中的每个的复采样的矩阵以生成二维图像。

处理器120以两种方式执行非相干累加。在第一种方式中，处理器120通过在对应于线性调频信号中的一个的生成的复采样的矩阵上执行非线性运算而生成输出数据。输出数据被存储在次级存储器中。处理器120通过使输出数据和来自在对应于线性调频信号中的每个的生成的复采样的矩阵上执行非线性运算的数据相加而更新次级存储器。非线性运算是模数运算和振幅平方运算中的至少一个。最后数据通过更新输出数据而被生成。处理器从最后数据生成二维图像。这通过下面的方程示出。对于这个说明使用的非线性运算是模数运算，其中复采样的矩阵的绝对值被考虑。例如，初始地，输出数据s0被存储在次级存储器中，并且处理器120添加对应于第一线性调频信号的生成的复采样的矩阵的绝对值∣x1∣。在一个示例中，输出数据s0被初始化为零。最后数据提供如下：

s1＝s0+|x1|(3)

当处理器120添加对应于第二线性调频信号的生成的复采样的矩阵的绝对值∣x2∣时，最后数据提供如下：

s2＝s1+|x2|(4)

因此，当处理器120添加对应于第n线性调频信号的生成的复采样的矩阵的绝对值∣xn∣时，其中n是整数，最后数据提供如下：

sn＝s(n-1)+|xn|(5)

在第二种方式中，处理器120从对应于线性调频信号中的一个的生成的复采样的矩阵上执行的非线性运算生成输出数据。输出数据被存储在次级存储器中。处理器120通过使输出数据和来自在对应于线性调频信号中的每个的生成的复采样的矩阵上执行非线性运算的数据的加权平均值顺序相加而更新次级存储器。最后数据通过更新输出数据而被生成。处理器从最后数据生成二维图像。这通过下面的方程示出。对于这个说明使用的非线性运算是模数运算，其中复采样的矩阵的绝对值被考虑。例如，初始地，输出数据s0被存储在次级存储器。在一个示例中，输出数据s0被初始化为零。最后数据提供如下：

s1＝αs0+(1-α)|x1|(6)

其中，α是权重。

当处理器120添加对应于第二线性调频信号的生成的复采样的矩阵的绝对值∣x2∣时，最后数据提供如下：

s2＝αs1+(1-α)|x2|(7)

因此，当处理器120添加对应于第n线性调频信号的生成的复采样的矩阵的绝对值∣xn∣时，其中n是整数，最后数据提供如下：

sn＝αs(n-1)+(1-α)|xn|(8)

处理器120从对应于最后数据的二维图像确定一个或更多个障碍物的范围和角度。如上所述，在多个线性调频信号上的数据的非相干累加用于提高雷达装置100的信噪比(snr)。在一个示例中，处理器120非相干地累加对应于帧中的n个线性调频信号的数据(在次级存储器中)，并且然后执行一个或更多个障碍物的范围和角度的确定。

在另一个示例中，处理器120非相干地累加对应于限定数量的线性调频信号的数据(在次级存储器中)，并且然后执行一个或更多个障碍物的范围和角度的确定。当连续的线性调频信号由发送器101发送时，这个特性是有用的。

另外，通过使用在连续帧上的障碍物的范围中的差异，可以测量障碍物的速度。

图4说明根据一个实施例的由雷达装置生成的图像。图像由雷达装置100使用结合图3(a)和3(b)描述的fft处理而被生成。图4说明雷达装置包括8个接收器，并且每个线性调频信号有256个采样(nrange＝256)。

图4是表示在帧中的64个线性调频信号的非相干累加后的最后数据(sn)的曲线图。图4说明在nrange为50并且角度索引/刻度为2时出现的峰值。对于具有4cm的范围分辨率的雷达装置100，nrange为50对应于50×4＝200cm的范围。同样地，角度索引为2对应于sin(2*2/接收器的数量)＝30度的方位角。

图5说明根据一个实施例的雷达装置的操作的方法的流程图。在步骤502处，生成多个线性调频信号。在一个示例中，帧包括n个线性调频信号，其中n是整数。在步骤504处，生成对应于线性调频信号中的一个的多个数字信号。多个线性调频信号由一个或更多个障碍物散射以针对每个线性调频信号生成多个散射的信号。例如，图1中所示的雷达装置100包括多个接收器。针对每个线性调频信号，接收器接收散射的信号。每个接收器接收散射的信号中的一个并且生成数字信号。

在步骤506处，对应于线性调频信号的复采样的矩阵通过在对应于线性调频信号的生成的数字信号上执行范围fft(快速傅里叶变换)和角度fft而被生成。处理器(诸如图1中所示的处理器120)从每个接收器接收数字信号。数字信号对应于线性调频信号。处理器在从接收器接收的数字信号上执行范围fft和角度fft以生成对应于线性调频信号的复采样的矩阵。

在步骤508处，对应于线性调频信号中的每个的复采样的矩阵被不相干地累加以生成二维图像。处理器从二维图像确定一个或更多个障碍物的范围和角度。在多个线性调频信号上的数据的非相干累加用于提高雷达装置的信噪比(snr)。

在所描述的实施例中，修改是可能的，并且在权利要求范围内，其它实施例是可能的。