用于雷达系统中目标检测的滑动窗口积分方案的制作方法

本发明涉及用于无线电探测与测距(雷达)系统中目标检测的滑动窗口积分方案。

背景技术：

雷达系统正越来越多地用于检测和跟踪目标。例如，车辆(例如，汽车、卡车、施工设备、农用设备、自动化工厂设备)可以包括一个或多个雷达系统以检测其行进路径中的潜在障碍物。对目标的检测利于增强或自动化车辆操作(例如，自适应巡航控制、防碰撞、自动制动)。一般来讲，雷达系统面临帧持续时间(即，传输的持续时间)和帧刷新率(即，多长时间执行一次传送)之间的折衷，使得较长的帧持续时间通常导致较低或较不频繁的帧刷新率。此外，帧持续时间受到雷达占空比的限制，雷达占空比是雷达间歇地传输的时间比。雷达占空比由于散热而受到限制。因此，希望能够提供一种用于雷达系统中目标检测的滑动窗口积分方案。

技术实现要素：

在一个示例性实施例中，一种利用雷达系统检测目标的方法包括：发射具有间隙持续时间dg的两组或更多组的线性调频信号，在所述间隙持续时间期间没有发射，所述间隙持续时间在两组或更多组线性调频信号中的每一组之间。所述两组或更多组线性调频信号中的每一组限定了子帧，并且两个或更多个子帧限定了帧。方法还包括接收由于线性调频信号遇到雷达系统的视场中的一个或多个目标所引起的反射，以及处理所述反射以识别所述一个或多个目标，处理包括执行开关拉东变换以校正由于其间没有发射的间隙持续时间所引起的相位偏差。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理反射包括利用模拟数字转换器获取反射的采样并且对与第一帧相关联的采样执行距离拉东傅里叶变换，距离拉东傅里叶变换是沿曲线的变换。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，采样限定了具有时间、啁啾以及信道维度的数据立方体，啁啾涉及线性调频信号并且信道涉及多个接收机中的接收机，并且距离拉东傅里叶变换得到距离-啁啾-距离变化率-信道映射，距离变化率涉及一个或多个目标的径向速度。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理反射还包括通过以等于下一子帧的持续时间和dg的和的时间移位偏置距离-啁啾-距离变化率-信道映射，增加针对在第一帧的子帧之后发射的下一子帧获取的采样。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理反射包括限定除了第一帧的子帧中的最早子帧和下一子帧之外的第二帧。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，执行开关拉东变换包括在第一帧的子帧中的每一个内并且在下一子帧内以及在子帧之间对啁啾积分以生成多普勒维度d。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，利用开关拉东变换校正相位偏差包括获取：

其中

r、d、p分别是距离、多普勒维度d和距离变化率参数，s[r，m，p]是具有相位偏差的复波形，ph是相位偏差校正因子，并且m是从1到啁啾的数量m的指数。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，相位偏差校正因子ph由以下给出：

其中

所述发射波长是λ，并且tot是由第一帧的持续时间给定的积分时间。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理包括对开关拉东变换的结果执行波束成形和检测以检测一个或多个目标。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理包括获取相对于一个或多个目标中每一个的距离。

在另一个示例性实施例中，一种用来检测目标的系统包括发射器，所述发射器用来发射具有间隙持续时间dg的两组或更多组的线性调频信号，在所述间隙持续时间期间没有发射，所述间隙持续时间在两组或更多组线性调频信号中的每一组之间。所述两组或更多组线性调频信号中的每一组限定了子帧，并且两个或更多个子帧限定了帧。系统还包括用来接收由于线性调频信号遇到雷达系统的视场中的一个或多个目标所引起的反射的接收机，以及用来处理反射以识别所述一个或多个目标的处理器。处理反射包括执行开关拉东变换以校正由于其间没有发射的间隙持续时间所引起的相位偏差。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理器利用模拟数字转换器获取反射的采样并且对与第一帧相关联的采样执行距离拉东傅里叶变换，距离拉东傅里叶变换是沿曲线的变换。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，采样限定了具有时间、啁啾以及信道维度的数据立方体，啁啾涉及线性调频信号并且信道涉及多个接收机中的接收机，并且距离拉东傅里叶变换得到距离-啁啾-距离变化率-信道映射，距离变化率涉及一个或多个目标的径向速度。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理器通过以等于下一子帧的持续时间和dg的和的时间移位偏置距离-啁啾-距离变化率-信道映射，增加针对在第一帧的子帧之后发射的下一子帧获取的采样。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理器限定除了第一帧的子帧中的最早子帧和下一子帧之外的第二帧。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理器通过在第一帧的子帧中的每一个内并且在下一子帧内以及在子帧之间对啁啾积分以生成多普勒维度d来执行开关拉东变换。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理器利用开关拉东变换校正相位偏差通过获取：

其中

r、d、p分别是距离、多普勒维度d和距离变化率参数，s[r，m，p]是具有相位偏差的复波形，ph是相位偏差校正因子，并且m是从1到啁啾的数量m的指数。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，相位偏差校正因子ph由以下给出：

其中

所述发射波长是λ，并且tot是由第一帧的持续时间给定的积分时间。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，处理器对开关拉东变换的结果执行波束成形和检测以检测一个或多个目标。

除了本文中所述的一个或多个特征之外，系统在车辆中，处理器被进一步配置为获取相对于一个或多个目标中每一个的距离，并且根据所述距离对车辆的操作进行控制。

当结合附图时，通过以下详细描述，本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点将是显而易见的。

附图说明

在以下详细描述中仅通过示例公开了其他特征、优点和细节，所述详细描述参考了附图，其中：

图1示出了根据一个或多个实施例的受益于用于目标检测的滑动窗口积分方案的雷达系统。

图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的引起利用滑动窗口积分方案得到处理的反射的发射。

图3是根据本发明的一个或多个实施例的执行用于雷达系统中目标检测的滑动窗口积分方案的方法的处理流程。

图4示出了根据一个或多个实施例的在滑动窗口积分方案中使用的示例性距离拉东傅里叶变换。

图5示出了距离变化率参数根据目标的径向速度设置的示例性距离拉东傅里叶变换。

图6示出了在距离维度和距离变化率参数中具有给定值的针对已检测目标的复波形的实部。

图7示出了针对图6中所示的同一检测目标的复波形的实部。

图8示出了根据一个或多个实施例的基于滑动窗口积分方案在信噪比方面的改进。

具体实施方式

以下描述在本质上仅是示例性的，并且并不旨在限制本发明、其应用或使用。应当理解的是，在整个附图中，对应的附图标记指示相同的或对应的部件和特征。

如之前所指出的，雷达系统在许多不同的应用中被使用，例如，用于车辆中的目标检测。一般来说，在雷达系统中，帧持续时间和帧刷新率是成反比的。然而，尽管较长的帧持续时间增大了最大可检测距离，但是较快(较高)的帧刷新率增大对目标的检测更新率。发射可以包括一系列的线性调频连续波(lfm-cm)波形(称为啁啾)。在具有多个发射元件和多个接收元件的多输入多输出(mimo)雷达系统中或者在具有多个发射器和单个接收器的系统中，多个发射器可以例如依次各自发射啁啾。在具有单个发射器以及相应地多个或单个接收机的单输入多输出(simo)或单输入单输出系统中，单个发射器可以发射一系列的啁啾。

本文中详细说明的系统和方法的实施例通过利用在帧内的子帧并在帧上对反射积分利于在不以帧刷新率为代价的前提下增大帧持续时间。在被称为帧持续时间的时间窗口内，发射了多个子帧。每个子帧包括一系列的啁啾，并且相邻的子帧在它们之间具有间隙(即，没有发射的时间段)。这些间隙导致了在发射遇到目标时所引起的接收信号(即，反射)中的间隙。通过能够一起处理由具有子帧的帧所引起的反射，雷达系统可以受益于子帧的重复率(其高于帧的重复率)和帧的持续时间(其高于子帧的持续时间)。然而，对接收信号中间隙进行采样使针对帧对反射进行的处理更有挑战性。根据本文中详细说明的实施例，针对目标检测使用了滑动窗口积分方案。子帧的滑动窗口被视为帧，并且在处理过程中使用了开关拉东变换方案。拉东变换是沿曲线对函数的一般性变换。拉东傅里叶变换是一种类型的具有指数核心的拉东变换，其类似于傅里叶变换，并且可以被视为傅里叶变换在曲线上而非在直线上定义变换的一般形式。

根据示例性实施例，图1示出了受益于用于目标检测的滑动窗口积分方案的雷达系统110。图1中显示的示例性车辆100是汽车101。汽车101被显示为具有在引擎盖下的雷达系统110、控制器120以及车辆系统125，但是根据替代的实施例，这些以及其他部件可以处于车辆100中和周围的一个或多个不同的位置。其他传感器130(例如，相机、雷达系统)也可以在车辆100中或在车辆上不同于图1中所示位置的不同位置处。雷达系统110包括用来进行发射和接收的部件。雷达系统110可以附加地包括处理电路，所述处理电路可以包括专用集成电路(asic)、电子电路、处理器115(共享、专用或成组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器117、组合逻辑电路，和/或提供所述功能性的其他合适部件。

控制器120可以是控制各种车辆系统125(例如，防碰撞系统、自动制动系统、自适应巡航控制系统、自主驾驶系统)的电子控制单元(ecu)中的一个或集合。例如，控制器120可以与雷达系统110或者与除了雷达系统110之外的传感器130的组合进行通信以基于和目标140(例如，图1中所示的行人145)有关的信息来操作车辆100的防碰撞系统。控制器120可以包括类似雷达系统110的处理电路。根据替代的实施例，对雷达反射的处理可以通过雷达系统110的处理电路、控制器120或者两者的组合来执行。

图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的引起利用滑动窗口积分方案得到处理的反射的发射。针对子帧220-f1、220-f2、220-f3、220-f4、220-f5(大体称为220)指示了三个帧210-fl、210-f2、210-f3(大体称为210)。沿一个轴线指示了时间t，而沿垂直的轴线指示了频率f。还指示了子帧持续时间dsf和子帧220之间的间隙持续时间dg。在图2中所示的示例性情况下，每个子帧220包括四个啁啾230。另外，在示例性情况下，啁啾230包括频率随时间的线性增大(即，上啁啾)。图2中所示的帧210、子帧220以及啁啾230仅是示例性的。不同数量的啁啾230可以构成子帧220(例如，更多或更少的发射单元)，并且不同数量的子帧220可以构成帧210。

如之前所指出的，帧持续时间(即，每个帧210的时间持续时间)是雷达系统110针对视场中的目标140的最大检测距离的主要因素。帧持续时间还是积分时间tot。关于目标140的最大可检测距离由以下给出：

发射功率由pt表示，发射和接收天线增益分别由gt和gr表示，λ是发射波长，且σ是目标140的雷达截面。接收机中的热噪声由ktkb表示，k为玻尔兹曼常数，tk是卡尔文温度，且b是频谱密度。snrmin是最小信噪比(snr)并且表示了接收机灵敏度。如方程1所指示的，最大可检测距离r和帧210持续时间(tot)是成正比例的。

图3是根据本发明的一个或多个实施例的执行用于雷达系统中目标检测的滑动窗口积分方案的方法的处理流程。在讨论图3中所示的过程之前，提供对反射的传统处理的简要概述。被处理的数据立方体具有时间、啁啾以及信道维度。在通过执行模拟数字转换(adc)针对帧(即，图2中所示的子帧220)获取反射信号的采样之后，关于距离执行快速傅里叶变换(称为距离fft)以获取在针对每个啁啾的距离上的能量分布的指示。对于mimo系统中的每个接收信道和发射信道存在不同的距离fft。通过距离fft得到的距离-啁啾-信道映射经受多普勒fft以获取距离-多普勒-信道映射或每个接收信道的距离-多普勒映射。执行数字波束成形以获取距离-多普勒-波束映射或每波束的距离-多普勒(相对速度)。数字波束成形涉及通过针对目标反射的每个到达角在每个接收元件处的接收信号的向量和实际接收信号的矩阵来获取复标量的向量。数字波束成形和检测基于对所获取向量的复标量的阈值分割关于所检测的目标中的每一个提供了方位角和高度角。通过处理所接收的信号最终获取的输出为每个目标的距离、多普勒、方位、高度以及幅度。

根据一个或多个实施例，对这种传统的处理进行修改以处理子帧220之间的间隙，子帧被整合在一起以获取比单独的子帧220更长的帧持续时间(tot)。在框310处，获取采样包括通过对所接收的反射执行adc来针对构成帧210的子帧220获取采样。在框320处，执行距离拉东傅里叶变换得到了距离-啁啾-距离变化率-信道映射，如进一步详细说明的。拉东频谱类似于多普勒频谱，并且用于处理目标140的距离迁移。

在框330处，更新帧210涉及由于当帧210移位(例如，从帧210-f1到帧210-f2)时子帧220持续时间dsf和子帧间隙持续时间dg的时间移位而偏置距离拉东傅里叶曲线。这也进行了详细说明。在框340处，执行开关拉东变换对每个子帧220内以及子帧220之间的不同啁啾230积分以生成距离-多普勒-距离变化率-信道映射。在框350处，执行波束成形和监测，随后利用距离-多普勒-距离变化率-波束映射检测目标140以获取每个目标的距离、多普勒、方位、高度以及幅度。在帧210的子帧220上的相干积分引起用于目标检测的snr以子帧220的数量的因子增大。

在框320处，针对每个子帧220执行获取距离拉东傅里叶变换。所述变换针对给定距离变化率参数p在啁啾230上使反射对准。针对距离维度r、啁啾维度m以及距离变化率参数p的变换f[r，m，p]通过以下给出：

采样维度n为从1到采样的数量n。相对于目标140的距离可以确定如下：

光速由c表示。脉冲重复频率pri是与发送子帧220有关的频率并且通过1/(dsf+dg)给出。斜率是啁啾230的斜率或者频率f随时间t的增加，并且fs是采样频率。

图4示出了示例性的距离拉东傅里叶变换410，其在啁啾上230对准反射。示出了拉东曲线415。啁啾指数沿轴线401指示，并且以米(m)为单位的距离沿轴线402指示。图5示出了距离变化率参数p根据目标140的径向速度vr设置的示例性距离拉东傅里叶变换510。

在框330处，更新帧210涉及对滑动窗口的操作。当向帧210添加新的子帧220(例如，向帧210-fl添加子帧220-sf4)时，去除之前帧210中最老的子帧220(例如，去除子帧220-sf1以形成帧210-f2)。拉东曲线415以等于子帧220的持续时间和间隙dg的时间移位ts被偏置。时间移位ts是固定的并且通过以下给出：

在方程4中，m是子帧220内啁啾230的数量，并且δr是距离分辨率并且通过以下给出：

在框340处，执行开关拉东变换，其是对在每个子帧220内并且在子帧220之间的不同啁啾230积分的变换。所述变换生成的了多普勒维度d。在子帧220之间的间隙持续时间dg生成了针对每个目标140的相位偏差。相位偏差是和目标140有关的多普勒频率的函数，间隙根据以下等式被校正作为开关拉东变换的一部分：

在方程6中，s[r，m，p]是包括相位偏差的复波形，并且ph是通过以下给出的相位偏差校正因子：

在框350处，数字波束成形包括具有包括峰值检测的第一级的检测。

图6沿轴线620示出了针对在距离维度r和距离变化率参数p方面具有给定值的已检测目标140的复波形s[r，m，p](即，波形600)的实部。沿轴线610指示了以微秒为单位的时间。如图6中所示，间隙持续时间dg导致波形600中在a和b之间的相位跳动。图7沿轴线720示出了针对同一已检测目标140的复波形s[r，d，p](波形700)的实部。如图7所示，根据方程6的开关拉东变换使波形600中的相位跳动在波形700中被去除。

图8示出了根据一个或多个实施例的基于滑动窗口积分方案在信噪比方面的改进。针对帧210示出了距离-多普勒映射801，所述帧包括子帧220，并在子帧之间具有间隙。多普勒指数沿轴线810指示，并且以米(m)为单位的距离沿轴线820指示。如距离-多普勒映射801所指示的，对目标140的检测825分布在多个距离单元上。所述检测的峰值功率为90分贝(db)。针对多个帧210示出了距离-多普勒映射802。基于处理多于一个的帧210在snr方面没有增大。和每个帧210相对应的对目标140的每个检测825a、825b分布在多个距离单元上，并且在两个检测825a、825b之间存在一组距离单元的间隙835。

距离-多普勒映射800来自于沿校正曲线的目标积分(即，距离变化率参数p根据目标140的径向速度vr设置的开关拉东变换)。如距离-多普勒映射800所指示的，检测825在单个距离单元中。在图8所示的示例性情况下，在一个距离单元中信号的这种累积导致snr方面7db的增加。4db增加可以归因于距离迁移补偿并且3db增加归因于多帧相干积分。

尽管已经参考示例性实施例描述了以上公开内容，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离其范围的情况下可以做出各种改变并且可以对其要素进行等同替换。此外，在不脱离其实质范围的情况下可以做出许多修改以使特定情况或材料适应于本发明的教导。因此，本发明并不旨在被限制于所公开的特定实施例，而是可以包括落入其范围内的所有实施例。