本發(fā)明涉及諸如雷達這樣的無線電波接收器中的用于估計接收信號的到達角的設(shè)備以及波束成形設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及一種通過使用多接收(multi-reception)陣列天線利用通過對針對每個接收角度的信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值來精確地估計接收信號的到達角的設(shè)備或者用于執(zhí)行接收信號的波束成形的設(shè)備。

背景技術(shù)：

安裝在車輛上的雷達裝置需要高質(zhì)量的角分辨率。例如，用于防止和避免向前碰撞的車輛雷達裝置可以通過提取當相鄰車道上的前方車輛插入(cutin)行駛車道或離開行駛車道時的角度來確定插入情況。車輛雷達可以通過高質(zhì)量的角分辨率來減小在插入或離開的情況下檢測到錯誤目標的概率，以因此預(yù)測碰撞情況并因此確保駕駛員的安全。

此外，車輛雷達需要具有用于在相對小的角度范圍內(nèi)檢測遠目標的中/遠距離檢測功能、以及用于在相對寬的角度范圍內(nèi)利用單個天線組件來檢測附近目標的近距離檢測功能。

此外，典型的雷達裝置被配置為具有多個接收天線，所述多個接收天線被布置為獲得高質(zhì)量的角分辨率。也就是說，常規(guī)雷達裝置采用用于通過布置多個接收天線信道來提高高質(zhì)量角分辨率的結(jié)構(gòu)。

在這種雷達裝置中，一個或更多個發(fā)射天線可以發(fā)射發(fā)送信號，并且多個接收天線元件可以接收由目標反射的反射信號，以因此通過分析接收信號來計算該目標的距離和角度。

此外，可以通過將恒定復(fù)合權(quán)重(complexweight)分配到多個接收天線元件或者多個接收信道來限定接收信號的波束的導(dǎo)引向量(steeringvector)，并且接收信號的波束可以根據(jù)導(dǎo)引向量值而具有特定的方向性。

如上所述，通過使用多個接收信道將接收波束引導(dǎo)至特定方向的操作可以被表達為波束成形。

典型的雷達傳感器僅使用與目標的距離和速度有關(guān)的信息。然而，隨著對安全技術(shù)的日益增長的需求，已經(jīng)應(yīng)用了高分辨率的數(shù)字波束成形方法，并且需要用于精確地估計接收信號的到達角的算法。

此外，在典型的雷達裝置中，通過多個接收信道接收的接收信號可能由于硬件問題而具有不同的相位值。

因此，為了對針對每個接收信道的相位值的差進行補償，要預(yù)先確定用于每個信道的相位補償值，并且要通過在實際測量的情況下反映用于每個信道的相位補償值來對接收信號進行補償，這可以被表達為校準。

此時，通?；趶睦走_裝置的前方(在參考角度，即0°處)接收到的信號來確定用于每個信道的相位補償值。

因此，如果在超出參考位置(即，雷達的前方位置)的角度處接收到用于確定相位補償值的信號，則相位補償值可以根據(jù)超出參考位置的角度而不同，因此使校準的性能惡化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高雷達的接收性能的設(shè)備。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于設(shè)置針對每個測量角度的參考值并且用于利用所述參考值來估計接收信號的到達角或者執(zhí)行接收信號的波束成形的設(shè)備。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種估計到達角的設(shè)備或者用于執(zhí)行波束成形的設(shè)備，該設(shè)備可以執(zhí)行以下操作：預(yù)先確定通過對針對每個測量角度的信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值；通過使用所述參考值來計算相位補償值；并且利用所述相位補償值來精確地估計接收信號的到達角，或者通過使用所述參考值來執(zhí)行接收信號的波束成形。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用通過對針對每個測量角度的信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值來執(zhí)行信號處理的設(shè)備，以因此根據(jù)針對每個接收信道的信號的幅值與相位之間的失配、傳感器的位置誤差、信號定向誤差和互耦合問題來減小到達角的估計誤差，并因此減小波束成形誤差。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的實施方式提供了一種用于利用天線陣列來估計信號的到達角的設(shè)備，該設(shè)備可以包括：相位補償值計算單元，該相位補償值計算單元被配置為利用通過對針對每個測量角度的接收信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值，來獲得用于每個測量角度的相位補償值；導(dǎo)引向量計算單元，該導(dǎo)引向量計算單元被配置為利用通過反映所述相位補償值而計算出的陣列天線補償值并且利用預(yù)定導(dǎo)引向量，來計算補償導(dǎo)引向量；以及到達角估計單元，該到達角估計單元被配置為通過基于所計算的補償導(dǎo)引向量和從所述陣列天線的兩個或更多個接收信道接收的接收信號而創(chuàng)建的頻譜來估計到達角。

所述到達角估計單元可以通過將所述補償導(dǎo)引向量和所述接收信號反映到預(yù)定的到達角估計算法來創(chuàng)建通過對所述接收信號的頻譜進行補償而得到的補償頻譜，以因此利用所述補償頻譜來估計所述接收信號的到達角，并且所述到達角估計算法可以是bartlett波束成形算法、capon波束成形算法或者music波束成形算法中的一種。

此外，用于每個測量角度的所述相位補償值可以是根據(jù)所述參考值、所述陣列天線的信道數(shù)目、參考信道與每個信道的距離以及所述接收信號的波長而計算出的。

所述參考值可以是具有二維矩陣形式的值，該值是根據(jù)所述陣列天線的接收信道和所述測量角度而確定的。

本發(fā)明的另一實施方式提供了一種用于利用陣列天線來執(zhí)行接收信號的波束成形的設(shè)備，該設(shè)備可以包括：相位補償值計算單元，該相位補償值計算單元被配置為利用通過對針對每個測量角度的接收信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值，來獲得用于每個測量角度的相位補償值；導(dǎo)引向量計算單元，該導(dǎo)引向量計算單元被配置為利用通過反映所述相位補償值而計算出的陣列天線補償值并且利用預(yù)定導(dǎo)引向量，來計算補償導(dǎo)引向量；以及波束成形單元，該波束成形單元被配置為通過使用所計算的補償導(dǎo)引向量來確定所述接收信號的波束方向(θ)，并且被配置為根據(jù)所計算的補償導(dǎo)引向量來形成接收信號波束。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的諸如雷達這樣的測量設(shè)備可以設(shè)置針對每個測量角度的參考值，并且可以利用該參考值來估計接收信號的到達角或者執(zhí)行接收信號的波束成形，以因此提高到達角的測量精度和波束成形的方向性。

更具體地，所述設(shè)備可以預(yù)先確定通過對針對每個測量角度的信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值，并且可以使用根據(jù)與所述參考值的比較而計算出的相位補償值，以因此精確地估計接收信號的到達角并因此提高接收信號的波束成形精度。

結(jié)果，能夠根據(jù)接收天線的位置誤差、信號定向誤差和互耦合問題來減小到達角的估計誤差，并且通過對每個測量角度的誤差和每個接收信道的誤差二者進行校正來減小波束成形誤差。

附圖說明

本發(fā)明的以上和其它目的、特征和優(yōu)點將根據(jù)結(jié)合附圖進行的以下詳細描述而更明顯，其中：

圖1例示了可以應(yīng)用本發(fā)明的雷達裝置的整體配置；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于估計到達角的設(shè)備的功能框圖；

圖3是用于說明圖2中示出的數(shù)字信號處理器的圖；

圖4例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于計算針對每個測量角度和每個信道的參考值的環(huán)境；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的接收信號的波束成形設(shè)備的功能框圖；

圖6例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的執(zhí)行波束成形的原理；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于估計到達角的方法的總體流程圖；以及

圖8是示出在本發(fā)明的實施方式中使用的bartlett波束成形算法的仿真結(jié)果的曲線圖。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的一些實施方式。在通過附圖標記指定附圖的元件時，盡管相同的附圖標記被示出在不同的附圖中，但是它們將指示相同的元件。另外，在本發(fā)明的以下描述中，當本文中并入的已知功能和配置的詳細描述會使本發(fā)明的主題相當不清楚時，將省略其詳細描述。

此外，在描述本發(fā)明的組件時，可以在本文中使用諸如第一、第二、a、b、(a)、(b)等的術(shù)語。這些術(shù)語中的每一個不用于限定對應(yīng)組件的本質(zhì)、次序或順序，而是僅用于將對應(yīng)組件與其它組件區(qū)分開來。在描述特定結(jié)構(gòu)元件“連接到”、“聯(lián)接到”另一結(jié)構(gòu)元件或者“與”另一結(jié)構(gòu)元件“接觸”的情況下，應(yīng)當理解為另一結(jié)構(gòu)元件可以“連接到”、“聯(lián)接到”該特定結(jié)構(gòu)元件或者“與”該特定結(jié)構(gòu)元件“接觸”，以及該特定結(jié)構(gòu)元件直接連接到另一結(jié)構(gòu)元件或者與另一結(jié)構(gòu)元件直接接觸。

圖1例示了可以應(yīng)用本發(fā)明的雷達裝置的整體配置。

根據(jù)本實施方式的用于估計到達角的設(shè)備或波束成形設(shè)備可以被實現(xiàn)為被包括在諸如雷達這樣的測量裝置中，其可以發(fā)送特定的發(fā)送信號并且可以測量被目標反射的接收信號，以因此測量該目標的位置、距離和方向。

圖1例示了作為測量裝置之一的雷達裝置的示例，并且雷達裝置可以包括一個或更多個發(fā)射天線單元110、兩個或更多個多接收天線單元120、用于通過發(fā)射/接收天線單元來對發(fā)送信號進行發(fā)送并且對接收信號進行接收的發(fā)送/接收單元130、以及數(shù)字信號處理器140。

發(fā)射天線單元110和接收天線單元120可以由一個或更多個天線元件配置，并且每個天線元件可以是多個發(fā)送/接收元件通過傳輸線連接的陣列天線，但是其不限于此。

在圖1的實施方式中，發(fā)射天線單元110被配置有單個發(fā)射天線，并且接收天線單元120可以包括多個接收天線元件或者接收信道。

此時，接收信道可以具有與接收天線元件相同的含義，并且可以包括用于遠程雷達(lrr)的m個lrr接收信道121和用于短程雷達(srr)的n個接收信道122。

盡管圖1例示了用于lrr的8個接收信道和用于srr的4個接收信道，但是不限于此。

雷達裝置可以執(zhí)行以下操作：通過發(fā)射天線來發(fā)送具有恒定波形和頻率的發(fā)送信號；通過多個接收天線元件來接收由目標反射的反射信號；并且分析接收信號，以因此測量目標的信息(例如，距離或方向)。

為此，發(fā)送/接收單元130可以切換到發(fā)射天線單元110中包括的發(fā)射天線中的一個，以因此通過所切換的發(fā)射天線來發(fā)射發(fā)送信號，并且可以包括通過多個接收天線中的一個或更多個對作為由目標反射的發(fā)送信號的接收信號進行接收的接收單元。

數(shù)字信號處理器140可以執(zhí)行以下操作：放大所接收的反射信號；將該反射信號與發(fā)送信號進行比較；并且測量相位的變化、幅值的變化、頻移等，以因此測量到目標的距離、目標的相對速度等。

此外，雷達通過對遠距離區(qū)域和短距離區(qū)域進行整合(integrating)來檢測目標，其中，在遠距離區(qū)域中檢測到約±10°的窄區(qū)域并且在短距離區(qū)域中檢測到±45°的寬區(qū)域。

因此，在檢測寬區(qū)域的情況下，由于角度偏離前方，因此測量精度可能不準確。這種現(xiàn)象是由雷達裝置的硬件(h/w)公差、取決于接收天線(接收信道)的相位差、接收信道之間的互耦合等引起的。

如上所述，可以由于在用于遠距離測量的接收波束與用于短距離測量的接收波束交疊的區(qū)域中的測量角度的差異而導(dǎo)致目標分離的問題，因此降低了檢測穩(wěn)定性。

此外，當在典型雷達裝置的每個接收信道中接收到相同的信號時，要求接收信道的接收信號的相位相同，然而由于上述各種原因而導(dǎo)致相位值實際上彼此不同。

因此，需要對針對每個接收信道的相位值進行補償，并且該操作被稱為校準。

也就是說，對于雷達的校準，可以預(yù)先確定用于每個接收信道的相位補償值，并且可以在實際測量操作中通過使用該相位補償值來對每個接收信道的接收信號的相位值進行補償。

此外，可以僅基于從雷達裝置的前方入射(即，具有0°的參考角度的參考位置)的接收信號來計算這種相位補償值。

然而，在接收信號的入射位置在參考位置(0°)之外的情況下，相位補償值的精度變低，使得會降低測量精度。

實際上，根據(jù)基于參考位置僅計算并使用用于每個接收信道的相位補償值的校準，當目標相對于參考位置位于9°至10°的角度處時，可以降低短距離區(qū)域的測量精度，使得該目標可以被錯誤地識別為好像存在兩個目標。

提出本實施方式是為了通過附加地對用于每個測量角度的相位補償值以及用于每個接收信道的相位補償值進行補償來克服以上問題。

根據(jù)本實施方式，可以通過理想的波束圖案(beampattern)或者通過在測試室中的測量來測量表示針對每個測量角度和針對每個接收信道的接收信號的幅值和相位的失真度的參考值，并且可以通過將該參考值與實際接收信號的幅值/相位值進行比較來計算相位補償值，以便隨后使用。

更具體地，根據(jù)本實施方式的到達角估計設(shè)備200可以被配置為包括：相位補償值計算單元210，其用于利用通過對針對每個測量角度的接收信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值來獲得用于每個測量角度的相位補償值；導(dǎo)引向量計算單元220，其用于利用通過反映相位補償值而計算出的陣列天線補償值并且利用預(yù)定導(dǎo)引向量來計算補償導(dǎo)引向量；以及到達角估計單元230，其用于通過基于所計算的補償導(dǎo)引向量和從陣列天線的兩個或更多個接收信道接收的接收信號創(chuàng)建的頻譜來估計到達角。下面將參照圖2來描述其詳細配置。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于估計到達角的設(shè)備的功能框圖，并且圖3是用于說明圖2中示出的數(shù)字信號處理器的圖。

參照圖2，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的到達角估計設(shè)備可以被配置為包括陣列天線100和數(shù)字信號處理器200，該數(shù)字信號處理器200通過利用從陣列天線的接收信道接收的接收信號并且利用補償導(dǎo)引向量而創(chuàng)建的頻譜來估計到達角。

如圖1所述，陣列天線100可以包括一個或更多個發(fā)射天線以及多個接收信道或接收天線。

例如，構(gòu)成陣列天線的接收天線單元可以包括用于遠程雷達(llr)的8個接收天線和用于短程雷達(srr)的4個接收天線，但是不限于此。

數(shù)字信號處理器200可以執(zhí)行以下操作：通過車輛雷達裝置發(fā)送頻率隨著時間線性變化的連續(xù)波信號；接收由目標反射的連續(xù)波信號；并且利用發(fā)送信號與接收信號之間的延遲時間以及接收信號相對于發(fā)送信號的頻移來計算目標的距離、速度或方向。

數(shù)字信號處理器200可以包括接收處理單元205、相位補償值計算單元210、導(dǎo)引向量計算單元220和到達角估計單元220。

接收處理單元205可以執(zhí)行以下操作：通過多個接收信道接收多接收信號；在每個接收信道的信號路徑中執(zhí)行諸如下行鏈路頻率的處理或者模數(shù)轉(zhuǎn)換(adc)這樣的接收處理；并且執(zhí)行快速傅里葉變換(fft)和校準。這里，接收信號可以是77ghz的fmcw(調(diào)頻連續(xù))lrr(遠程雷達)信號。

數(shù)字信號處理器200還可以包括相對于校準結(jié)果執(zhí)行dbf(數(shù)字波束成形)、cfar(恒虛警率)等的處理的塊。

本實施方式僅描述接收連續(xù)波信號的結(jié)構(gòu)，而未示出圖1的車輛雷達的發(fā)送結(jié)構(gòu)。然而，數(shù)字信號處理器200可以基于由車輛雷達發(fā)送并由目標反射的接收信號來估計到達角。

相位補償值計算單元210可以事先提供通過對針對每個期望測量角度的接收信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值，并且可以通過使用所提供的參考值和數(shù)學上計算的相位值來計算用于校準的相位補償值。此時，用于校準的相位補償值可以通過將隨后描述的式5來獲得。

導(dǎo)引向量計算單元220可以通過使用所計算的用于校準的相位補償值來獲得針對每個接收天線的陣列天線補償值，并且可以通過將所計算的陣列天線補償值與預(yù)定導(dǎo)引向量相乘來計算補償導(dǎo)引向量。此時，補償導(dǎo)引向量可以通過將隨后描述的式6來獲得。

到達角估計單元230可以估計在空間頻譜的fov(視場)區(qū)域中具有峰值的到達角，所述空間頻譜是通過使用所計算的補償導(dǎo)引向量和從陣列天線100的接收信道接收的接收信號而創(chuàng)建的。

到達角估計單元230可以將補償導(dǎo)引向量和從陣列天線100的接收信道接收的接收信號應(yīng)用于特定到達角估計算法，以因此估計到達角。

到達角估計算法可以被劃分為波束成形算法和子空間算法。

波束成形算法是利用陣列天線的基本到達角估計方法之一。在波束成形算法中，陣列天線可以定位在所有方向上，并且可以通過輸出值創(chuàng)建空間頻譜，使得指示最大值的位置可以被確定為信號的入射方向。

此時，陣列天線的輸出可以由針對每個天線具有權(quán)重系數(shù)的天線輸出的線性組合組成。

由m個元件組成的天線陣列的輸出(y(t))可以通過下面的式1來計算。

[式1]

這里，ωm指示第m個天線的權(quán)重，并且xm(t)指示第m個天線的輸出。此外，*表示復(fù)共軛算子。天線陣列的平均輸出功率(p(ω))可以通過下面的式2來計算。

[式2]

p(ω)＝e[|y(t)|²]＝ω^he[x(t)x^h(t)]ω＝ω^hrω

這里，r是指協(xié)方差矩陣?？梢愿鶕?jù)確定權(quán)重向量(ω)的方法來使用bartlett波束成形算法或者capon波束成形算法。

bartlett波束成形算法將基于傅里葉變換的頻譜分析方法應(yīng)用到天線陣列。

也就是說，大的權(quán)重被賦予沿特定方向入射的信號，以因此使信號輸出最大化?？梢酝ㄟ^下面的式3來計算用于使陣列天線的輸出相對于沿特定方向(θ)入射的信號最大化的bartlett波束成形算法的權(quán)重向量(ωbf)。

[式3]

a^h(θ)是指針對特定方向(θ)的陣列天線響應(yīng)的導(dǎo)引向量。如式4所示，可以通過將式3應(yīng)用于式2來獲得bartlett波束成形的空間頻譜pbf(θ)。

[式4]

此外，分配給用于波束成形的每個接收信道或接收天線的權(quán)重可以是具有復(fù)數(shù)值的復(fù)合權(quán)重，并且關(guān)于多個接收信道的復(fù)合權(quán)重的組可以被限定為導(dǎo)引向量。

下面將描述通過到達角估計單元來估計到達角的詳細操作。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的到達角估計設(shè)備可以通過在針對測試環(huán)境所制造的室中對針對每個測量角度的接收信號的幅值和相位的失真度進行計算來確保參考值，并且可以通過使用該參考值執(zhí)行補償信號處理來估計到達角。

更具體地，到達角估計設(shè)備可以通過憑借理想波束圖案或者在測試室中的測量來測量指示針對每個測量角度和針對每個接收信道的接收信號的幅值和相位的失真度的參考值，來估計到達角。

圖4例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于計算針對每個測量角度和針對每個信道的參考值的環(huán)境。

如圖4所示，在測試環(huán)境的室中設(shè)置了已應(yīng)用本實施方式的雷達裝置，并且目標設(shè)置在前方(參考位置；測量角度＝0°)并且設(shè)置在各種測量角度。然后，針對每個接收信道接收信號，以因此測量接收信號的幅值和相位的失真度。

此時，在每個接收信道中接收到的接收信號的幅值和相位的失真度可以被配置為當目標基于由參考位置中的目標反射并且在參考接收信道中被接收的接收信號而被設(shè)置在各種測量角度時的參考值。

參考值可以按照二維矩陣的形式來配置，其對于每個接收通道和對于每個測量角度具有恒定值，如下表1所示。

[表1]

也就是說，本發(fā)明的參考值指示針對每個測量角度和針對每個接收信道的理想接收信號的幅值和相位的失真度。

因此，如果在雷達的實際測量處理中根據(jù)從設(shè)置在特定角度處的目標接收的接收信號測量的信號幅值和相位與參考值不同，則可以基于相對于基準值的差值來計算本發(fā)明的相位補償值。

更具體地，在根據(jù)上述方式計算的參考值被表示為gm(θ)(m＝1，…，m)(m是指陣列天線的元件的數(shù)目，即，接收信道的數(shù)目)的情況下，相位補償值計算單元210可以基于參考值gm(θ)和下面的式5來執(zhí)行天線補償信號處理，以因此計算用于校準的相位補償值。

[式5]

在式5中，cm(θ)指示用于補償?shù)南辔谎a償值，并且λ指示接收信號的波長。dm指示參考元件(參考接收信道或者參考接收天線)與每個接收天線元件之間的距離。

也就是說，用于每個測量角度的相位補償值cm(θ)可以由參考值gm(θ)、陣列天線的信道數(shù)目(m)、參考信道與每個信道之間的距離(d)以及接收信號的波長(λ)來計算。

接下來，導(dǎo)引向量計算單元220可以通過使用在式5中計算的補償值cm(θ)根據(jù)下面的式6來計算天線陣列補償值m(θ)。

[式6]

在式6中，diag{}表示矩陣對角化。補償導(dǎo)引向量(s^h(θ))可以通過將由式6計算出的陣列天線補償值(m(θ))應(yīng)用到下面的式7來獲得。

[式7]

s^h(θ)＝a^h(θ)m(θ)

在式7中，a^h(θ)是指針對特定方向(θ)的陣列天線響應(yīng)的導(dǎo)引向量。

可以通過分別在式7中計算的補償導(dǎo)引向量(s^h(θ))應(yīng)用至上述式4中來獲得通過下面的式8進行補償?shù)念l譜。

[式8]

也就是說，根據(jù)本發(fā)明的到達角估計設(shè)備的相位補償值計算單元210可以利用通過計算針對每個接收信道和針對每個測量角度的接收信號的幅值和相位的失真度而得到的參考值gm(θ)并且利用式5來獲得相位補償值cm(θ)。

接下來，導(dǎo)引向量計算單元220可以通過使用所計算的相位補償值cm(θ)和式6來獲得陣列天線補償值m(θ)，并且可以通過使用陣列天線的陣列天線補償值m(θ)和預(yù)定導(dǎo)引向量a^h(θ)由式7來計算補償導(dǎo)引向量s^h(θ)。

補償導(dǎo)引向量可以是指分配給接收信道的多個復(fù)合權(quán)重的組。

接下來，到達角估計單元230可以通過基于所計算的補償導(dǎo)引向量s^h(θ)和從陣列天線的兩個或更多個接收信道接收的接收信號創(chuàng)建的頻譜來估計到達角。

更具體地，到達角估計單元230可以通過使用所計算的補償導(dǎo)引向量s^h(θ)借助式4對接收信號的bartlett波束成形的空間頻譜pbf(θ)進行補償，以因此創(chuàng)建如式8所示的補償后的波束成形的空間頻譜pbf(θ)。

在補償后的波束成形空間頻譜中具有最大峰值的位置可以被確定為接收信號的入射方向(即，到達角)。

此外，除了上述bartlett波束成形算法之外，根據(jù)本發(fā)明的到達角估計設(shè)備可以使用作為基于子空間的代表性算法的capon波束成形算法或者music波束成形算法。

也就是說，可應(yīng)用于本發(fā)明的到達角估計算法可以是bartlett波束成形算法、capon波束成形算法或者music波束成形算法中的一種。

capon波束成形算法在使沿特定方向入射的信號的增益保持恒定的同時賦予干擾信號或噪聲相對小的權(quán)重。

作為基于子空間的代表性算法的music波束成形算法通過協(xié)方差矩陣的特征值分解來將陣列天線輸出分離為信號子空間和噪聲子空間，以因此通過使用子空間的信息來估計到達角。

capon波束成形算法和music波束成形算法被廣泛地用于波束成形領(lǐng)域，使得將在本說明書中省略其詳細描述。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的接收信號的波束成形設(shè)備的功能框圖。

如圖5所示，根據(jù)本實施方式的波束成形設(shè)備可以通過使用包括多個接收天線的陣列天線來執(zhí)行接收信號的波束成形，并且可以包括雷達。

波束成形設(shè)備500可以被配置為包括相位補償值計算單元510、導(dǎo)引向量計算單元520和波束成形單元530。

相位補償值計算單元510可以利用通過對針對每個測量角度的接收信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值，來獲得用于每個測量角度的相位補償值。由于相位補償值計算單元510具有與圖2中描述的到達角估計設(shè)備的相位補償值計算單元相同的功能，因此將省略其詳細描述以避免重復(fù)。

導(dǎo)引向量計算單元520可以利用通過反映所計算的相位補償值而計算出的陣列天線補償值并且利用預(yù)定導(dǎo)引向量來執(zhí)行計算補償導(dǎo)引向量的功能。由于導(dǎo)引向量計算單元520具有與圖2中描述的到達角估計設(shè)備的導(dǎo)引向量計算單元相同的配置，因此將省略其詳細描述以避免重復(fù)。

波束成形單元530可以通過使用所計算的補償導(dǎo)引向量來確定接收信號的波束方向(θ)，以因此執(zhí)行形成接收信號波束的功能。

更具體地，根據(jù)本發(fā)明的波束成形設(shè)備的相位補償值計算單元510可以利用通過針對每個測量角度和針對每個接收信道的接收信號的幅值和相位的失真度而計算出的參考值gm(θ)并且利用式5來獲得相位補償值cm(θ)。

接下來，導(dǎo)引向量計算單元520可以通過使用所計算的相位補償值cm(θ)和式6來獲得陣列天線補償值m(θ)，并且可以通過使用陣列天線的陣列天線補償值m(θ)和預(yù)定導(dǎo)引向量a^h(θ)借助式7來計算補償導(dǎo)引向量s^h(θ)。

波束成形單元530可以通過使用所計算的補償導(dǎo)引向量s^h(θ)來形成具有期望波束角度(θ)的接收波束。

也就是說，根據(jù)本發(fā)明的波束成形設(shè)備可以預(yù)先確定通過對針對每個測量角度的信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值，并且可以通過使用根據(jù)與參考值的比較所計算的相位補償值來補償接收波束的導(dǎo)引向量，以因此確保精確的波束成形方向性。

圖6例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的執(zhí)行波束成形的原理。

圖6例示了在波束角度(θ)的情況下通過使用兩個接收信道執(zhí)行的波束成形。

在圖6中，右接收天線對應(yīng)于參考接收信道，而左接收天線是指與參考接收天線間隔開距離(d)的第一信道接收天線。此時，距離(d)可以被假定為信號波長的一半(λ/2)。

此時，在由參考接收天線接收的接收信號s(t)與由與參考接收天線間隔開距離(d)的第一信道接收天線接收的接收信號之間可以存在d*sinθ的距離差，使得可以發(fā)生如下面的式9中所示的相位差

[式9]

也就是說，在通過參考信道接收的信號的相位值為零的情況下，通過第一信道接收的信號可以具有-jπsinθ的相位值。因此，為了通過使用兩個接收天線來形成具有θ的波束角度的波束，將1的復(fù)合權(quán)重分配給參考信道，并且將e^jπsinθ的復(fù)合權(quán)重分配給第一接收信道。

類似地，可以將e^j2πsinθ的復(fù)合權(quán)重分配給與參考信道間隔開2d的第二接收信道。

如上所述，接收波束可以通過將唯一的復(fù)合權(quán)重分配給多個接收信道而具有恒定的方向角(θ)。此時，要被分配給多個接收信道的復(fù)合權(quán)重的組可以被限定為導(dǎo)引向量。

在本發(fā)明中，關(guān)于如在圖6中所述的波束成形或者角度估計，使用了相位補償值，所述相位補償值是基于在計算用于確定接收信號的方向的導(dǎo)引向量時用于每個測量角度的上述參考值而計算出的。

也就是說，本發(fā)明可以計算相位補償值cm(θ)，所述相位補償值是基于用于每個測量角度的參考值(式5)、陣列天線補償值m(θ)(式6)和補償導(dǎo)引向量s^h(θ)通過使用陣列天線的預(yù)定導(dǎo)引向量a^h(θ)(式7)而計算出的，并且本發(fā)明可以通過使用如圖6中所示的補償導(dǎo)引向量來執(zhí)行波束成形。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于估計到達角的方法的流程圖。

參照圖7，包括在到達角估計設(shè)備中的數(shù)字信號處理器200可以確保通過對針對每個期望的測量角度的接收信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值(s711)。參考值可以通過在測試環(huán)境的制造室中對針對每個角度的幅值和相位的失真度進行計算來獲得。

數(shù)字信號處理器200可以獲得用于校準的相位補償值(s713)。也就是說，數(shù)字信號處理器200可以將在操作s711中獲得的參考值和在數(shù)學上計算的理想相位值應(yīng)用到上述式5，以因此獲得用于校準的相位補償值。

數(shù)字信號處理器200可以通過在操作s713中獲得的用于校準的相位補償值的矩陣對角化來獲得陣列天線補償值，并且可以通過將陣列天線補償值與導(dǎo)引向量相乘來計算補償導(dǎo)引向量(s715)。

陣列天線補償值可以根據(jù)上述式6來計算，并且補償導(dǎo)引向量可以根據(jù)上述式7來計算。

此后，數(shù)字信號處理器200可以從陣列天線的接收信道來接收接收信號(s717)。雖然本實施方式示出了在操作s715之后從陣列天線的接收信道來接收接收信號，但是本發(fā)明不限于以上順序，并且可以在將隨后描述的操作s719之前從陣列天線的接收信道來接收接收信號。

數(shù)字信號處理器200可以將在操作s715中計算的補償導(dǎo)引向量和在操作s717中接收的接收信號應(yīng)用于到達角估計算法，以因此創(chuàng)建空間頻譜(s719)。到達角估計算法可以是bartlett波束成形算法、capon波束成形算法或者music算法中的一種。

通過上述操作創(chuàng)建的空間頻譜可以與基于理想相位值獲得的頻譜不同，所述空間頻譜可以被表示為補償后的頻譜。

數(shù)字信號處理器200可以通過在s719中創(chuàng)建的補償后的頻譜來估計到達角(s721)。也就是說，數(shù)字信號處理器200可以將在所創(chuàng)建的頻譜中具有最大峰值的角度估計為到達角。

圖8是示出在本發(fā)明的實施方式中使用的bartlett波束成形算法的仿真結(jié)果的曲線圖。

圖8示出了用于實際到達角為-11°的bartlett波束成形算法的仿真結(jié)果。

關(guān)于模擬條件，輸入信號在將到達角相對于-11°至0°的到達角改變1°的同時針對所有數(shù)據(jù)進行仿真，并且元件之間的距離為1.6λ。此外，陣列天線元件的數(shù)目或者接收信道的數(shù)目是8，并且目標的數(shù)目是1。

在將導(dǎo)引向量(θl)增加0.5°的同時執(zhí)行補償之前的到達角的估計，并且應(yīng)用式4。因為補償值由1°提供，所以在將導(dǎo)引向量(θl)增加1°的同時執(zhí)行補償之后的到達角的估計，并且應(yīng)用式5至式7。

如圖8所示，根據(jù)本實施方式的未被補償?shù)脑碱l譜(原始psd)的到達角是-12.5°，其與實際到達角不同。

此外，根據(jù)本發(fā)明的補償之后的結(jié)果指示所有數(shù)據(jù)中的-11°，這證明了補償效果。

雖然下面的表1示出了在-11°至0°的范圍內(nèi)改變實際角度的同時在補償之前和補償之后的結(jié)果，但是-11°至0°的范圍僅是示例。

能夠看到的是，所有角度在通過使用bartlett波束成形算法的補償之后與實際到達角相匹配，以因此具有補償效果。

[表2]

如表2所示，當估計角度時，常規(guī)的到達角估計算法是不精確的，但是能夠通過將補償導(dǎo)引向量應(yīng)用于到達角估計算法執(zhí)行補償信號處理來解決角度估計的不精確性，所述補償導(dǎo)引向量是利用通過對針對每個角度的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值來計算出的。

表2示出了關(guān)于bartlett波束成形算法補償前后的結(jié)果的比較，并且與77ghz的fmcwlrr信號有關(guān)地確認了仿真結(jié)果。

作為測試的結(jié)果，雖然該值在補償之前的一些情況下與實際到達角相匹配，但是大多數(shù)值與實際到達角相差0.5°至1.5°。

本實施方式已確認，能夠通過反映利用通過對針對每個角度的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值最終計算的補償導(dǎo)引向量來將該值校準到實際到達角。

此外，雖然在附圖中未示出，但是確認了能夠在使用除了bartlett波束成形算法之外的capon波束成形算法和music波束成形算法的情況下獲得類似的到達角補償效果。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的諸如雷達這樣的測量設(shè)備可以設(shè)置用于每個測量角度的參考值，并且可以通過使用該參考值來估計接收信號的到達角或者執(zhí)行接收信號的波束成形，以因此提高到達角的測量精度和波束成形的方向性。

更具體地，該設(shè)備可以預(yù)先確定通過對針對每個測量角度的信號的幅值和相位的失真度進行計算而得到的參考值，并且可以使用根據(jù)與參考值的比較而計算出的相位補償值，以因此精確地估計接收信號的到達角并因此提高接收信號的波束成形精度。

結(jié)果，能夠根據(jù)接收天線的位置誤差、信號定向誤差和互耦合問題來減小到達角的估計誤差，并且通過對每個測量角度的誤差和每個接收通道的誤差二者進行校正來減小波束成形誤差。

以上說明和附圖僅處于說明的目的提供了本發(fā)明的技術(shù)思想的示例。在本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會的是，能夠在不脫離本發(fā)明的基本特征的情況下在諸如配置的組合、分離、替換和改變這樣的形式上進行各種修改和改變。因此，在本發(fā)明中所公開的實施方式旨在說明本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍，并且本發(fā)明的范圍不限于所述實施方式。本發(fā)明的范圍應(yīng)當在所附的權(quán)利要求的基礎(chǔ)上按照包括在等同于這些權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)思想都屬于本發(fā)明這樣的方式來解釋。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2015年10月22日提交的韓國專利申請no.10-2015-0147490的優(yōu)先權(quán)，該韓國專利申請出于所有目的通過引用被并入到本文中，如同其全部在本文中陳述一樣。