具有基于相位的多目标检测的雷达系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开总地涉及雷达系统，更具体地涉及一种基于来自多个接收天线的检测信号的相位的比较来确定目标是否包括多于一个物体的系统。
【背景技术】
[0002]由于天线尺寸、系统尺寸、技术和成本约束，汽车雷达传感器对于区分具有相似的位置和多普勒频移特性或如果一个物体相比第二附近物体具有显著较大的雷达截面(RCS)的两个物体可能具有性能限制。具有相似距离和多普勒频移反射特性的两个物体难以被典型汽车雷达系统区分的示例包括:缓慢移动的行人在静止的或缓慢移动的客运车辆周围步行；摩托车以相似的距离和距离变化率在行进在相邻车道中的拖拉机挂车旁边行进；以及两辆轿车以具有相似范围变化率在相邻的车道上邻近彼此移动。
【发明内容】
[0003]诸如汽车智能巡航控制、碰撞警告与缓解以及盲点检测的汽车系统使用雷达传感器以检测接近车辆的物体。由天线阵列所检测的反射雷达信号通常被转换到离散基带，然后从时域变换为频域，其中，指示由每个接收天线元件所检测的每个信号的幅度分布被非相干地累积。汽车雷达通常将此非相干累积(NCI)幅度分布用于物体检测以确定具有分布大小大于限定的检测阈值的所检测物体的位置(即距离)和多普勒参数(即距离变化率)。NCI检测技术是优选的，因为它抑制噪声变化以避免误警报。尽管NCI会劣化检测信号中的信息，它比噪声变化劣化得较少，因为当与反射雷达信号相比较时，系统噪声在天线元件上是更低相关的。如此，NCI在信噪比中提供了净增益。
[0004]然而，对于彼此邻近的多个物体的检测和区分，NCI检测技术具有性能限制。即，如果两个物体具有相似的位置和多普勒特性，并且对于物体的反射特性或雷达截面(RCS)是显著不同的，那么来自具有较大RCS的物体的反射雷达信号可遮蔽来自具有较小RCS的目标的反射雷达信号，并且由此使得第二目标识别和/或区分困难。此情况的示例包括:缓慢移动的行人邻近静止的客运车辆；当拖拉机挂车在相邻车道时以几乎相同的距离和多普勒移动的摩托车；以及具有几乎相同的距离和多普勒在相邻车道上靠近彼此移动的两辆客运车辆。
[0005]通过修正的波形参数规格和/或窄束天线设计，可改善这样的性能限制。然而，这些选择不期望地增大传感器尺寸、成本以及信号处理复杂度。此外，观察到，频谱参数中的一些(诸如“频谱束宽”)不适合用于后处理技术以在宽频谱下从能量含量中提取多个物体的可靠信息。由Alebel Arage Hassen在2014年5月15日提交的并且名为RADAR SYSTEMWITH IMPROVED MULT 1-TARGET DESCRBONAT1N (具有改善的多目标分辨力的雷达系统)的美国专利申请号14/277894，描述了一种检测系统和方法以改善多个邻近目标的检测和区分，使用了来自NCI检测技术与基于“或逻辑”单接收信道峰值检测技术的复合检测技术。然而，仍存在性能限制需要被解决和需求较少的计算密集方式以确定检测目标是否包括或包含多于一个物体。
[0006]局部相位频谱评估技术解决了使用幅度频谱峰值检测与评估技术的检测技术的邻近目标检测与区分的性能限制。当物体或多个物体的多个邻近彼此的散射中心存在时，取决于各个散射中心相对于接收天线位置的相对位置差异，来自每个散射中心的反射雷达信号在各个接收天线元件处彼此不同地干涉相干。散射中心之间的相对位置差异以来自各个散射中心的反射雷达信号之间的相对相位差的形式来表达，并且它确定了接收天线处的干涉特性。这意味着由于相对相位差在分布式天线元件上变化的事实，各个天线-阵列元件从这些散射中心接收到反射雷达信号的不相似的干涉特性。
[0007]由于这是来自位于彼此相对附近的不同散射中心的反射雷达信号之间的干涉的问题，来自每个接收天线元件的检测信号的相位差能在频域局部中被评估为经叠加的信号频率元(bin)。例如，相位差可在第一对称(即第一高和低)频率元之间被计算为经叠加的信号检测频率元。如果检测信号来自单个点散射中心，那么相位差收敛于最小值(或零)。这是因为若时域信号关于中心处的窗最大值被对称窗系数所加权，信号幅度与相位频谱通常相等地扩散到邻近频率元。在来自多个邻近散射中心的反射雷达信号干涉的情况下，若散射中心具有相对位置差异，这些第一对称频率元应该包含不同的信号相位值。
[0008]对于天线阵列配置，相位差在天线阵列元件上的求平均值提供了能用于从多个邻近散射中心区分单个点散射中心的稳健相位差值。如上所讨论的，对于分布式天线阵列配置，还存在由多个散射中心的相对位置差异不相等所引起的在天线阵列元件上的相位差变化。因此，评估在天线阵列元件上的相位差的斜率或标准偏差也能被用于从多个邻近散射中心区分单个散射中心。
[0009]注意，局部相位频谱评估技术本身不提供散射中心的参数估计，因为它是由Hassen(申请N0.14/277894)所述的检测与区分技术的情况。然而，该局部相位频谱评估技术对于从多个邻近彼此的散射中心区分单个散射中心的反射是更敏感的。那么该局部相位频谱评估技术能用作指示器以激活受控参数估计技术，诸如由Alebel Arage Hassen(申请N0.14/277894)所述的使用“或逻辑”单信道检测技术的幅度频谱峰值检测与评估技术，或使用空间-时间自适应处理的复杂频谱评估技术。替代地，此局部相位频谱评估技术还能用于当参数估计技术的激活不现实时，让系统限定关于NCI检测的距离一多普勒邻近物体检测区域(RDN0D-区域)。这将帮助有限信号处理资源的最佳使用，同时增强多个邻近散射中心的识别。
[0010]认识到，因为这是正如与绝对相位评估相反的相位差评估技术，所以它对于在天线阵列元件之间失配和任意瞬变效应是不易受影响的。然而，推荐应用此技术用于仅有足够信噪比的检测。相位通常是易受噪声影响的，而且来自相位差评估的结果对于具有不足的信噪比的检测可能是不可靠的。
[0011]使用幅度频谱峰值检测与评估技术的汽车雷达传感器对检测物体分类的无能由局部相位频谱评估技术所改善。观察到，如果散射中心处于连续运动中并引发随着时间的相对位置变化，那么相位差的标准偏差随时间波动。如此，认识到，相位差的标准偏差的时域变化(波动)提供进一步的信息，该信息能用于将多种物体群与它们的运动分布清楚地分类或归类，例如，用于把相对于主车辆笔直向前或纵向地行进的车辆与行人、骑自行车者以及以相对于主车辆的角度移动的车辆区分开来。
[0012]根据一个实施例，提供了雷达系统。该系统包括多个天线和控制器。多个天线被配置为检测由系统的视场中的物体所反射的反射雷达信号。多个天线中的每个天线被配置为输出指示由天线所检测的反射雷达信号的检测信号。控制器被配置为从多个天线接收检测信号，并且基于检测信号来确定目标是否存在于视场中。控制器还被配置为基于检测信号的相位的分析来确定目标是否包括多于一个物体。
[0013]在另一实施例中，提供了用于雷达系统的控制器。控制器包括接收器和处理器。接收器被配置为从多个天线接收检测信号，该多个天线被配置为检测由系统的视场中的物体所反射的反射雷达信号。多个天线中的每个天线被配置为输出指示由天线中的每个所检测的反射雷达信号的检测信号。处理器被配置为:从多个天线接收检测信号；基于检测信号来确定目标是否存在于视场中；以及基于检测信号的相位的分析来确定目标是否包括多于一个物体。
[0014]在另一实施例中，提供了操作雷达系统的方法。该方法包括从多个天线接收检测信号的步骤，该多个天线被配置为检测由天线的视场中的物体所反射的反射雷达信号。多个天线中的每个天线被配置为输出指示由天线中的每个所检测的反射雷达信号的检测信号。该方法还包括基于检测信号来确定目标是否存在于视场中的步骤。该方法还包括基于检测信号的相位的分析来确定目标是否包括多于一个物体的步骤。
[0015]在阅读优选实施例的下列详细描述后，进一步的特征和优势将更清楚地呈现出，这些优选实施例仅作为非限定性的示例且结合附图而给出。