方法、装置和雷达系统与流程

1.本公开涉及雷达检测的领域。更具体地说，本公开涉及用于确定由相位旋转器中的减损引起的相位误差的方法和装置，所述减损包括相位旋转器的混频器和/或倍增器中的泄漏、相位旋转器中的i路径与q路径之间的增益/振幅不平衡和相位不平衡。此外，本公开涉及一种能够确定由相位旋转器中的减损引起的相位误差的雷达系统，所述减损包括相位旋转器的混频器和/或倍增器中的泄漏、相位旋转器中的i路径与q路径之间的增益/振幅不平衡和相位不平衡。


背景技术：

2.波束控制在fmcw雷达检测中大量使用以提高总体雷达性能。波束控制涉及控制天线阵列的方向以加强雷达辐射方向图的主波瓣。这通过控制雷达方案的阵列天线的相位和振幅来完成。可例如通过相位旋转器数字控制辐射方向图的相位和振幅。编程相位和振幅带来的任何失真都会降低雷达性能。在例如用于机动车辆的基于雷达的碰撞检测系统之类的许多应用中，此类降低必须保持在最小值，以便确保系统的安全操作和可靠性。
3.因此，可能需要监测相位旋转器的精度的简单且可靠的方式，确切地说，监测相位旋转器的关于相位精度的简单且可靠的方式。


技术实现要素：

4.可通过根据权利要求书独立项的主题来满足这种需求。在附属权利要求中阐述了本公开的有利实施例。
5.根据第一方面，提供了一种确定由相位旋转器中的减损引起的相位误差的方法，所述减损包括相位旋转器的混频器和/或倍增器中的泄漏、相位旋转器中的i路径与q路径之间的增益/振幅不平衡和已知相位不平衡，相位旋转器具有用于接收参考相位值的输入、本地振荡器和被配置成提供具有与参考相位值相对应的相位的输出信号的电路系统。所述方法包括：(a)强制所述相位旋转器的所述q路径为零且获得指示相位旋转器输出信号的功率的连续测量值的第一序列，所述第一序列中的每个连续测量值对应于多个连续参考相位值中的一者，(b)强制所述相位旋转器的所述i路径为零且获得指示所述相位旋转器输出信号的所述功率的连续测量值的第二序列，所述第二序列中的每个连续测量值对应于所述多个连续参考相位值中的一者，(c)形成连续测量值对的序列，每个测量值对包括来自所述连续测量值的第一序列的一个测量值和来自所述连续测量值的第二序列的一个测量值，其中所述连续测量值的第一序列相对于所述连续测量值的第二序列移位对应于所述已知相位不平衡的量，(d)计算所述连续测量值对中的每一者的实际相位值，以及(e)通过比较所述实际相位值与对应参考相位值来确定所述相位误差。
6.此方面基于针对多个连续参考相位值(即，相位旋转器的输入值)执行两个测量序列的想法，所述两个测量序列即，相位旋转器的q路径被强制为零的第一序列和相位旋转器的i路径被强制为零的第二序列。换句话说，连续测量值的第一序列含有仅来源于相位旋转
器的i路径的值，而连续测量值的第二序列含有仅来源于相位旋转器的q路径的值。每个单个测量值指示来自相位旋转器的输出信号的功率。然后，两个序列相对于彼此移位以形成连续测量值对的序列。换句话说，第一序列的第i测量值可与第二序列的第(i+k)测量值配对。确定移位的量k，使得其对应于已知相位不平衡。可以本领域中已知的各种方式确定已知相位不平衡。在本公开的框架中，可将相位不平衡确定为必须施加到i路径和q路径中的一者的相位偏移，以便在相位参考分别设定为+45
°
和-45
°
时从相位旋转器产生相同的输出功率。可如下迭代地执行此确定：
7.(1)选择参数pc的值。
8.(2)将cos(45
°
+pc)施加到相位旋转器的i路径且将sin(45
°
)施加到相位旋转器的q路径，并且测量相位旋转器的输出处的功率(p1)。
9.(3)将cos(-45
°
+pc)施加到相位旋转器的i路径且将sin(-45
°
)施加到相位旋转器的q路径，并且测量相位旋转器的输出处的功率(p2)。
10.(4)计算两个测得功率值之间的比率r，即r＝p1/p2。
11.(5)重复(1)-(4)直到r＝1。pc的对应值对应于相位不平衡。
12.接下来，计算测量值对的实际相位值且比较所述实际相位值与对应参考相位值以确定相位误差。
13.通常，例如相位旋转器中的rf设计引入相位误差。对于相位旋转器，此相位误差具有四个主要促成因素：(i)相位不平衡，即，i路径与q路径之间的相位移位；(ii)增益不平衡，即，i路径与q路径之间的增益差；(iii))i混频器/倍增器中的泄漏，即，由i路径上的混频器输入引入的泄漏；以及(iv)q混频器/倍增器上的泄漏，即，由q路径上的混频器输入引入的泄漏。这四个参数中的每一者促成相位误差的降级。然而，所得相位误差的最大值取决于四个促成因素中的每一者的实际相位参考(相位旋转器的输入值)。换句话说，给出相位不平衡的最大相位误差的相位参考可与给出增益不平衡的最大相位误差的相位参考不同。相同情况还适用于泄漏。因此，实际相位误差不是由四个促成因素中的每一者引入的个别相位误差的总和。替代地，相位误差为个别促成因素的组合。本公开能够确定此组合。
14.根据实施例，多个连续参考相位值包括从0
°
到360
°
的连续参考相位值，其中预定参考相位步长值分隔任何两个连续参考相位值。仅仅作为例子，相位步长值可等于360
°
/512＝0.7
°
，从而使得连续相位参考值等于0
°
、0.7
°
、1.4
°
、2.1
°
等。
15.根据另外的实施例，多个连续参考相位值在预定时间段期间被提供为扫频。换句话说，在预定时间段期间，参考相位值例如通过以规则的时间间隔将固定相位步长值添加到相位参考值而从0
°
连续增加到360
°
。
16.根据另外的实施例，对应于已知相位不平衡量的移位量被确定为多个连续参考相位值中的值的数量除以360并乘以已知相位不平衡量。换句话说，如果值的数量表示为n且已知相位不平衡表示为phi_imb，则移位量给定为(n/360
°
)*phi_imb。因此，如果n＝512且phi_imb＝5
°
，则移位量将为(512/360
°
)*5
°
＝7.1。因此，在此示例性情形中，当形成连续测量值对的序列时，连续测量值的第一序列和第二序列将相对于彼此移位7(七)。
17.根据另外的实施例，计算连续测量值对中的每一者的实际相位值包括将反正切函数施加到每个连续测量值对的来自连续测量值的第二序列的测量值与来自连续测量值的第一序列的测量值之间的比率。换句话说，第i实际相位值可被计算为arctan(qi/i
i-k
)，其
中qi为连续测量值的第二序列中的第i测量值，并且i
i-k
为连续测量值的第一序列中的第(i-k)测量值。
18.根据另外的实施例，所述方法另外包括：比较所确定的相位误差与相位误差阈值，以及如果所确定的相位误差超过相位误差阈值，则设置警告标记。换句话说，一旦所确定的相位误差超过相位误差阈值，就设置警告标记，使得系统知道相位旋转器的精度减小且可能不够。
19.根据第二方面，提供了一种用于确定由相位旋转器中的减损引起的相位误差的装置，所述减损包括相位旋转器的混频器和/或倍增器中的泄漏、相位旋转器中的i路径与q路径之间的增益/振幅不平衡和已知相位不平衡，相位旋转器具有用于接收参考相位值的输入、本地振荡器和被配置成提供具有与参考相位值相对应的相位的输出信号的电路系统。所述装置包括：(a)功率计，其被耦合以接收相位旋转器输出信号且被配置成输出指示相位旋转器输出信号的功率的测量值，(b)存储器电路，其被配置成存储由功率计输出的测量值，(c)控制电路系统，其被配置成将多个连续参考相位值提供到相位旋转器的输入，控制电路系统另外被配置成：(c1)强制相位旋转器的所述q路径为零，从功率计获得连续测量值的第一序列，第一序列中的每个连续测量值对应于多个连续参考相位值中的一者，且将连续测量值的第一序列存储在存储器电路中，并且(c2)强制相位旋转器的i路径为零，从功率计获得连续测量值的第二序列，第二序列中的每个连续测量值对应于多个连续参考相位值中的一者，且将连续测量值的第二序列存储在存储器电路中，所述装置另外包括(d)处理电路系统，所述处理电路系统被配置成：(d1)形成连续测量值对的序列，每个测量值对包括来自连续测量值的第一序列的一个测量值和来自连续测量值的第二序列的一个测量值，其中连续测量值的第一序列相对于连续测量值的第二序列移位对应于已知相位不平衡的量，(d2)计算连续测量值对中的每一者的实际相位值，并且(d3)通过比较实际相位值与对应参考相位值来确定相位误差。
20.此方面基本上基于与上文所论述的第一方面相同的想法，且提供能够实施和执行根据第一方面的方法的装置。
21.根据另外的实施例，多个连续参考相位值包括从0
°
到360
°
的连续参考相位值，其中预定参考相位步长值分隔任何两个连续参考相位值。仅仅作为例子，相位步长值可等于360
°
/512＝0.7
°
，从而使得连续相位参考值等于0
°
、0.7
°
、1.4
°
、2.1
°
等。
22.根据另外的实施例，控制电路系统被配置成在预定时间段期间提供多个连续参考相位值作为扫频。换句话说，在预定时间段期间，控制电路系统例如通过以规则的时间间隔将固定相位步长值添加到相位参考值而使参考相位值从0
°
连续增加到360
°
。
23.根据另外的实施例，处理电路系统被配置成将对应于已知相位不平衡量的移位量确定为多个连续参考相位值中的值的数量除以360并乘以已知相位不平衡量。换句话说，如果值的数量表示为n且已知相位不平衡表示为phi_imb，则移位量给定为(n/360
°
)*phi_imb。因此，如果n＝512且phi_imb＝5
°
，则移位量将为(512/360
°
)*5
°
＝7.1。因此，在此示例性情形中，当形成连续测量值对的序列时，连续测量值的第一序列和第二序列将相对于彼此移位7。
24.根据另外的实施例，处理电路系统被配置成通过将反正切函数施加到每个连续测量值对的来自连续测量值的第二序列的测量值与来自连续测量值的第一序列的测量值之
间的比率来计算连续测量值对中的每一者的实际相位值。换句话说，处理电路系统可将第i实际相位值计算为arctan(qi/i
i-k
)，其中qi为连续测量值的第二序列中的第i测量值，并且i
i-k
为连续测量值的第一序列中的第(i-k)测量值。
25.根据另外的实施例，处理电路系统另外被配置成比较所确定的相位误差与相位误差阈值，并且如果所确定的相位误差超过相位误差阈值，则设置警告标记。换句话说，一旦所确定的相位误差超过相位误差阈值，就设置警告标记，使得系统知道相位旋转器的精度减小且可能不够。
26.根据第三方面，提供了一种雷达系统，包括：(a)相位旋转器，其具有用于接收参考相位值的输入、本地振荡器和被配置成提供具有与参考相位值相对应的相位的输出信号的电路系统，(b)功率放大器，其被耦合以从相位旋转器接收输出信号，放大输出信号且将放大后的信号供应到多个雷达天线中的一者，以及(c)用于确定由相位旋转器中的减损引起的相位误差的装置，所述减损包括相位旋转器的混频器和/或倍增器中的泄漏、相位旋转器中的i路径与q路径之间的增益/振幅不平衡和已知相位不平衡，所述装置包括：(d)功率计，其被耦合以接收相位旋转器输出信号且被配置成输出指示相位旋转器输出信号的功率的测量值，(e)存储器电路，其被配置成存储由功率计输出的测量值，(f)控制电路系统，其被配置成将多个连续参考相位值提供到相位旋转器的所述输入，所述控制电路系统另外被配置成：(f1)强制相位旋转器的q路径为零，从功率计获得连续测量值的第一序列，第一序列中的每个连续测量值对应于多个连续参考相位值中的一者，且将连续测量值的第一序列存储在存储器电路中，并且(f2)强制相位旋转器的i路径为零，从功率计获得连续测量值的第二序列，第二序列中的每个连续测量值对应于多个连续参考相位值中的一者，且将连续测量值的第二序列存储在存储器电路中，所述装置另外包括(g)处理电路系统，所述处理电路系统被配置成：(g1)形成连续测量值对的序列，每个测量值对包括来自连续测量值的第一序列的一个测量值和来自连续测量值的第二序列的一个测量值，其中连续测量值的第一序列相对于连续测量值的第二序列移位对应于已知相位不平衡的量，(g2)计算连续测量值对中的每一者的实际相位值，并且(g3)通过比较实际相位值与对应参考相位值来确定相位误差。
27.此方面基本上基于与上文所描述的第一方面和第二方面相同的想法，且提供包括根据第二方面的装置的雷达系统。
28.根据另外的实施例，多个连续参考相位值包括从0
°
到360
°
的连续参考相位值，其中预定参考相位步长值分隔任何两个连续参考相位值。仅仅作为例子，相位步长值可等于360
°
/512＝0.7
°
，从而使得连续相位参考值等于0
°
、0.7
°
、1.4
°
、2.1
°
等。
29.根据另外的实施例，控制电路系统被配置成在预定时间段期间提供多个连续参考相位值作为扫频。换句话说，在预定时间段期间，控制电路系统例如通过以规则的时间间隔将固定相位步长值添加到相位参考值而使参考相位值从0
°
连续增加到360
°
。
30.根据另外的实施例，处理电路系统被配置成将对应于已知相位不平衡量的移位量确定为多个连续参考相位值中的值的数量除以360并乘以已知相位不平衡量。换句话说，如果值的数量表示为n且已知相位不平衡表示为phi_imb，则移位量给定为(n/360
°
)*phi_imb。因此，如果n＝512且phi_imb＝5
°
，则移位量将为(512/360
°
)*5
°
＝7.1。因此，在此示例性情形中，当形成连续测量值对的序列时，连续测量值的第一序列和第二序列将相对于彼
此移位7。
31.根据另外的实施例，处理电路系统被配置成通过将反正切函数施加到每个连续测量值对的来自连续测量值的第二序列的测量值与来自连续测量值的第一序列的测量值之间的比率来计算连续测量值对中的每一者的实际相位值。换句话说，处理电路系统可将第i实际相位值计算为arctan(qi/i
i-k
)，其中qi为连续测量值的第二序列中的第i测量值，并且i
i-k
为连续测量值的第一序列中的第(i-k)测量值。
32.根据另外的实施例，处理电路系统另外被配置成比较所确定的相位误差与相位误差阈值，并且如果所确定的相位误差超过相位误差阈值，则设置警告标记。换句话说，一旦所确定的相位误差超过相位误差阈值，就设置警告标记，使得系统知道相位旋转器的精度减小且可能不够。
33.应注意，已参考不同主题来描述示例性实施例。具体地说，一些实施例已参考方法类的权利要求来描述，而其它实施例已参考设备类的权利要求来描述。然而，本领域的技术人员将从上述内容和以下描述了解到，除非另外指明，否则除属于一种类型主题的特征的任何组合外，与不同主题相关的特征的任何组合，具体来说方法类的权利要求的特征与设备类的权利要求的特征的组合，也与此文档一起公开。
34.如上文所限定的方面和本公开的其它方面将从下文所描述的实施例的例子中显而易见，且参考实施例的例子来解释。将在下文中参考实施例的例子更详细地描述本公开的方面，然而，本公开不限于所述例子。
附图说明
35.图1示出利用相位旋转器的雷达系统的图式。
36.图2示出根据示例性实施例的确定相位误差的方法的流程图。
37.图3示出根据示例性实施例的用于确定相位误差的装置的图式。
38.图4示出图3中示出的装置的功能。
39.图5示出根据示例性实施例的测量值的移位。
具体实施方式
40.附图中的图示是示意性的。应注意，在不同图式中，类似或相同元件可具有相同附图标记或具有仅在第一个数字内不同的附图标记。
41.图1示出利用如本领域中已知的相位旋转器110的典型雷达系统101(例如，用于防止碰撞的汽车雷达)的图式。相位旋转器110包括输入111、i/q分路器112、i路径(或同相路径)113、q路径(或正交路径)116和加法器119。iq分路器112被配置成接收由本地振荡器lo提供到输入111的输入信号。i路径113包括倍增器115，所述倍增器115耦合在i/q分路器111的一个输出与加法器119的一个输入之间，且被配置成将由i/q分路器112输出的信号与在端114处接收的相乘。此处，表示指示来自相位旋转器110的输出相对于来自lo的信号的原始相位的所需相位的参考相位值。类似地，q路径116包括倍增器118，所述倍增器118耦合在i/q分路器111的另一输出与加法器119的另一输入之间，且被配置成将由i/q分路器112输出的信号与在端117处接收的相乘。同样，为参考相位值。来自相位旋转器110的输出信号被发送通过一系列缓冲器g且被供应到功率放大器190。所示出的功率放
大器190包括i/q分路器192、被耦合以放大i分量的第一系列放大器194、被耦合以放大q分量的第二系列放大器196，以及用于组合放大后的i分量和q分量并将其供应到如本领域中已知的雷达天线阵列(未示出)的组合器198。
42.相位旋转器110由于相位旋转器110的各种减损或缺陷而引入一些相位误差，即，与所需相位的偏差。这些相位旋转器减损具体地说包括：(i)i路径113与q路径116之间的增益/振幅不平衡，(ii)i路径113与q路径116之间的相位不平衡，以及(iii)倍增器115和118处的泄漏。
43.本公开呈现一种测量由上文所提及的相位旋转器减损(即，混频器和/或倍增器中的泄漏、增益不平衡和已知相位不平衡)而引起的相位误差的方式。
44.图2示出根据示例性实施例的确定相位误差的方法202的流程图，所述相位误差由相位旋转器中的减损引起，所述减损包括相位旋转器的混频器和/或倍增器中的泄漏、相位旋转器中的i路径与q路径之间的增益/振幅不平衡和已知相位不平衡，相位旋转器具有用于接收参考相位值的输入、本地振荡器和被配置成提供具有与参考相位值相对应的相位的输出信号的电路系统。方法202包括以下步骤：
45.在210，将相位旋转器110的q路径116强制为零(通过将常数零而不是常规值供应到端117)，并且获得指示相位旋转器输出信号的功率的连续测量值的第一序列。第一序列中的每个连续测量值对应于多个连续参考相位值中的一者。
46.在220，将相位旋转器110的i路径强制为零(通过将常数零而不是常规值供应到端114)，并且获得指示相位旋转器输出信号的功率的连续测量值的第二序列。第二序列中的每个连续测量值对应于多个连续参考相位值中的一者。
47.在230，形成连续测量值对的序列，每个测量值对包括来自连续测量值的第一序列的一个测量值和来自连续测量值的第二序列的一个测量值，其中连续测量值的第一序列相对于连续测量值的第二序列移位对应于已知相位不平衡的量。
48.在240，计算连续测量值对中的每一者的实际相位值，并且最后，在250，通过比较实际相位值与对应参考相位值来确定相位误差。
49.多个连续参考相位值可包括从0
°
到360
°
的连续参考相位值，其中预定参考相位步长值分隔任何两个连续参考相位值。例如，相位步长值可等于360
°
/512＝0.7
°
，从而使得连续相位参考值等于0
°
、0.7
°
、1.4
°
、2.1
°
等。
50.多个连续参考相位值可在预定时间段期间被提供为扫频，即，参考相位值可例如通过以规则的时间间隔将固定相位步长值添加到相位参考值而在预定时间段期间从0
°
连续增加到360
°
。
51.对应于已知相位不平衡量的移位量可被确定为多个连续参考相位值中的值的数量除以360并乘以已知相位不平衡量。换句话说，如果值的数量表示为n且已知相位不平衡表示为phi_imb，则移位量给定为(n/360
°
)*phi_imb。因此，如果例如n＝512且phi_imb＝5
°
，则移位量将为(512/360
°
)*5
°
＝7.1。因此，在此例子中，当形成连续测量值对的序列时，连续测量值的第一序列和第二序列将相对于彼此移位7。
52.计算连续测量值对中的每一者的实际相位值可包括将反正切函数施加到每个连续测量值对的来自连续测量值的第二序列的测量值与来自连续测量值的第一序列的测量值之间的比率。换句话说，第i实际相位值可被计算为arctan(qi/i
i-k
)，其中qi为连续测量值
的第二序列中的第i测量值，并且i
i-k
为连续测量值的第一序列中的第(i-k)测量值。
53.方法202可另外包括：比较所确定的相位误差与相位误差阈值，以及如果所确定的相位误差超过相位误差阈值，则设置警告标记。换句话说，一旦所确定的相位误差超过相位误差阈值，就设置警告标记，使得系统知道相位旋转器的精度减小且可能不够。
54.图3示出雷达系统303内的根据示例性实施例的用于确定相位误差的装置的图式。与图1中示出且上文所论述的雷达系统101一样，雷达系统303包括相位旋转器310和用于将具有预定相位的信号供应到雷达天线的功率放大器390。相位旋转器310耦合到用于供应待倍增到相位旋转器310内的i路径和q路径上的因数和因数的电路系统。更具体地说，所述电路系统包括用于供应对应于在输入端320处接收的相位参考值的的cordic电路322和dac 324。此外，所述电路系统包括用于供应对应于相位参考值的的cordic电路326和dac 328。
55.用于确定相位误差的实际装置包括电路系统块330、331、332、333、334、335、336和337。更具体地说，装置包括功率计330，所述功率计330被耦合以接收相位旋转器输出信号且被配置成将指示相位旋转器输出信号的功率的测量值输出到adc 331。装置另外包括存储器电路，所述存储器电路包括被配置成存储通过adc 331从功率计330输出的对应测量值的i存储器332和q存储器。装置另外包括移位或延迟单元334，所述移位或延迟单元334被配置成将存储在i存储器334中的测量值相对于存储在q存储器333中的测量值而移位，以便形成供应到实际相位计算电路335的连续测量值对，所述实际相位计算电路335将反正切函数施加到测量值对以计算来自相位旋转器310的输出的实际相位，即，计算出的实际相位值被供应到电路336，所述电路336还接收参考相位值从而通过比较(例如，减去)两个所接收的相位值来计算所寻求的相位误差。装置还包括控制器(未示出)，所述控制器被配置成在根据上文所论述的方法202的测量期间越控电路322和电路326，并且如果所确定的相位误差超过阈值，则设置错误标记。
56.图4示出当根据图2中示出的方法202操作时图3中示出的装置的功能。更具体地说，图4示出在对应于图2中的步骤210的第一状态a)和对应于图2中的步骤220的第二状态b)中的装置。在状态a)中，相位旋转器310的q路径被设置为零，而连续参考相位值的序列通过cordic电路322和dac 324被供应到相位旋转器310的i路径。通过功率计330和adc 332获得连续测量值的第一序列且将所述第一序列存储在存储器电路332中。然后，在状态b)中，相位旋转器310的i路径被设置为零，而连续参考相位值的相同序列通过cordic电路326和dac 328被供应到相位旋转器310的q路径。通过功率计330和adc 332获得连续测量值的第二序列且将所述第二序列存储在存储器电路333中。如先前所描述处理存储在存储器电路332和333中的数据以确定所得相位误差。
57.图5示出根据示例性实施例的测量值的移位。更具体地说，图5中的左侧图示出作为参考相位值的函数的连续测量值的第一序列m1和连续测量值的第二序列m2。如在和处由两条竖直线所指示，第一序列m1具有最大值，其中第二序列m2具有最小值，且反之亦然。在图5的右侧图中，示出使连续测量值m1的第一序列移位(延迟)对应于相位旋转器310的已知相位不平衡的量s的结果。可以看出，移位后的序列m1'中
的最大值不再对应于第二序列m2中的最小值。
58.应注意，除非另外指明，否则例如“上部”、“下部”、“左”和“右”等术语的使用仅仅指对应图式的定向。
59.应注意，术语“包括”不排除其它元件或步骤，且冠词“一(a或an)”的使用不排除多个。而且，可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应注意，权利要求书中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。