用于虚拟天线信号的雷达系统及方法
【技术领域】
[0001]本公开总地涉及具有天线阵列的雷达系统，更具体地涉及使用虚拟天线元件的合成信号从实际天线元件所接收的信号进行波束形成。
【背景技术】
[0002]提出了具有两个紧密间隔元件(例如隔开一个半波长(one half-wavelength))和一个宽间隔元件(例如隔开多个波长)的雷达接收-天线阵列。由每个天线元件所检测的反射信号可用于合成或确定虚拟相位差，该虚拟相位差对应于预期由位于两个紧密间隔天线元件与宽间隔天线元件之间的虚拟元件所检测的反射信号。相位比较单脉冲(PCMP)使用来自窄间隔天线元件的检测信号的相位差以基于相对于窄间隔天线元件的虚拟元件的间距或间隔对虚拟元件估计虚拟相位差。当误差施加在虚拟相位差时，混合了测量来自窄间隔天线元件的检测信号的相位差中的任何误差。
【发明内容】
[0003]根据一个实施例，提供了配置为处理由雷达天线所检测的反射信号的雷达系统。该系统包括雷达天线和控制器。天线包括参考元件、与该参考元件隔开了反射信号的一个半波长的阿尔法(alpha)元件以及与该参考元件隔开了反射信号的偶数个半波长的贝塔(beta)元件。该控制器被配置为从参考元件、阿尔法元件和贝塔元件接收检测信号。该控制器还被配置为确定来自参考元件与阿尔法元件的检测信号之间的阿尔法相位差，并确定来自参考元件与贝塔元件的检测信号之间的贝塔相位差。该控制器还被配置为确定第一虚拟相位差，该第一虚拟相位差对应于期望由位于参考元件与贝塔元件中间的第一虚拟元件所检测的反射信号。该第一虚拟相位差基于该贝塔相位差除以二。
[0004]在另一个实施例中，提供了一种控制器，用于配置为处理由雷达天线所检测的反射信号的雷达系统。天线包括参考元件、与该参考元件隔开了反射信号的一个半波长的阿尔法元件以及与参考元件隔开了反射信号的偶数个半波长的贝塔元件。该控制器被配置为从参考元件、阿尔法元件和贝塔元件接收检测信号。该控制器还被配置为确定来自参考元件与阿尔法元件的检测信号之间的阿尔法相位差，并确定来自参考元件与贝塔元件的检测信号之间的贝塔相位差。该控制器还被配置为确定第一虚拟相位差，该第一虚拟相位差对应于期望由位于参考元件与贝塔元件中间的第一虚拟元件所检测的反射信号。该第一虚拟相位差基于该贝塔相位差除以二。
[0005]在又一实施例中，提供了处理由雷达天线所检测的反射信号的方法。该方法包括从雷达天线接收检测信号。该天线包括参考元件、与该参考元件隔开了反射信号的一个半波长的阿尔法元件以及与参考元件隔开了反射信号的偶数个半波长的贝塔元件。该方法还包括确定来自参考元件与阿尔法元件的检测信号之间的阿尔法相位差。该方法还包括确定来自参考元件与贝塔元件的检测信号之间的贝塔相位差。该方法还包括确定第一虚拟相位差，该第一虚拟相位差对应于期望由位于参考元件与贝塔元件中间的第一虚拟元件所检测的反射信号。该第一虚拟相位差基于该贝塔相位差除以二。
[0006]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。
【附图说明】
[0007]现在将参考附图借助示例来描述本发明，在附图中:
[0008]图1是根据一个实施例的雷达系统的图；
[0009]图2是根据一个实施例的存在于图1的系统中的信号的示图；以及
[0010]图3是根据一个实施例的由图1的系统所执行的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0011]图1示出了雷达系统(下文称为系统10)的非限制性示例。系统10通常被配置为处理由雷达天线(下文的天线14)所检测的反射信号12。尽管未示出，本领域技术人员将理解到反射信号12是目标16反射由可能是系统10的一部分的发射天线(未示出)所发射的发射信号(未示出)的结果，如将被本领域技术人员认识到。对于反射信号12，适合的频率是76.5*10~9赫兹(76.5GHz)，所以2.6毫米(mm)的示例波长将被用于以下讨论。本文所示示例是非限制性的，如本领域技术人员将认识到，天线14的尺寸能被缩放或被改变以使天线14适于以不同的雷达频率工作。
[0012]该天线14包括参考元件20以及与参考元件20隔开了反射信号12的一个半波长(例如1.3_)的阿尔法元件22，用于检测该反射信号12。该天线14还包括与参考元件20隔开了反射信号的偶数个半波长(例如六个半波长或7.8mm)的贝塔元件24，用于检测该反射信号12。形成天线14的元件(20、22、24)可以是微带天线而且可以被安排在基板(未示出)上。因此，图1所示天线14的视图可以被解释为看着每个元件的末端时天线14的端视图。每个元件可以是380微米(μ m)厚基板(比如来自康涅狄格州罗杰斯的罗杰斯公司的R05880基板)上由半盎司铜箔所形成的贴片(patch)的串阵列或线型阵列。适合的元件总长度是四十八毫米(48mm)。贴片优选地具有1394 μ m的宽度以及1284 μ m的高度。贴片间距优选地是雷达信号的一个波导波长(例如2560 μ m)，并且与每个贴片互相连接的微带优选为503 μm宽。
[0013]系统10包括配置为从参考元件20、阿尔法元件22和贝塔元件24接收检测信号32的控制器30。为了确定朝着目标16的方向，系统可确定相对于天线14的孔位置36的角38( Θ )。本领域技术人员将认识到孔位置36通常垂直于天线14的元件所在的基板的平面。控制器也可被配置为向发射天线输出发射信号(未示出)以用于发射引起反射信号12的发射信号。
[0014]控制器30可被配置为确定来自参考元件20与阿尔法元件22的检测信号32之间所测量的阿尔法相位差40(eia)。来自参考元件20的检测信号的相位是任意分配的值一
(1)或单位一，所以任何相位差能被容易地表达，如图所示。相似地，控制器30可被配置为确定来自参考元件20与贝塔元件24的检测信号之间的贝塔相位差42(eie)。
[0015]观察到使用具有间隔一个半波长的仅两个元件并且只基于阿尔法相位差40确定角38的尝试是易受噪声影响的。于是提出了增加与该对半波长间隔的元件适当隔开的第三元件(贝塔元件24)以尝试降低噪声效应。认识到检测信号32可被用于合成或估计来自阿尔法元件22与贝塔元件24之间的位置处的虚拟元件34的信号。应该理解，虚拟元件34不是天线14的实际元件，而参考元件20、阿尔法元件22和贝塔元件24是此情况。合成的信号能被用于对所示的虚拟元件34中的每个确定或估计虚拟相位差(Zl、Z2、Z3、Z4)。
[0016]尽管图1中所示的非限制性示例示出虚拟元件34中的四个作为贝塔元件24与参考元件20隔开了六个半波长的结果，认识到贝塔元件24可以与参考元件20更远地隔开。因此，在间隔更宽的情况下，可存在更多所示的虚拟元件以及更多所确定的虚拟相位差。例如，贝塔元件24可以与参考元件隔开八个半波长，这将产生六个虚拟元件。
[0017]提出了通过逐步施加阿尔法相位差40可计算虚拟相位差，使得虚拟相位差Z4将是阿尔法相位差乘以二(例如el2a)，虚拟相位差Z3将是阿尔法相位差乘以二(例如el3a)，以此类推。然而，由于先前随阿尔法相位差40(eia)提到的噪声问题，需要用于估计降低了噪声效应的相位差的替代方式。
[0018]认识到从贝塔元件24可得到降低的噪声效应，控制器被配置为确定对应于期望由位于参考元件20与贝塔元件24中间的第一虚拟元件46 (Z3)所检测的反射信号的第一虚拟相位差44，其中该第一虚拟相位差44基于(即等于)贝塔相位差42(eliS)除以二(eli!/2)。能以复数项将第一虚拟相位差44表达为e1"2。这相同的表达将被用于贝塔元件24与参考元件20隔开了偶数个波长的任何情况下。S卩，第一虚拟元件46总是位于参考元件20与贝塔元件24中间的虚拟元件，所以第一虚拟相位差44总能被表达为eie/2。这与如果阿尔法级数被用于贝塔元件24与参考元件20隔开了六个半波长时将中间虚拟元件的相位差表示为el3°或如果阿尔法级数被用于贝塔元件24与参考元件20隔开了八个半波长时该相位差表示为el4°形成对比。
[0019]应该认识到，在实际相位差中的2 31弧度的整数是未知的。即，贝塔相位差42被更加精确地表达为e1(n2" +