本發(fā)明涉及雷達(dá)傳感器的領(lǐng)域。特別地，涉及一種用于調(diào)頻連續(xù)波(fmcw)雷達(dá)傳感器的新穎調(diào)制方案。

背景技術(shù)：

在許多應(yīng)用中，特別地在無線通信和雷達(dá)傳感器的領(lǐng)域中，能夠發(fā)現(xiàn)射頻(rf)接收器和收發(fā)器。在汽車部門中，存在對所謂的“自適應(yīng)巡航控制”(acc)或“雷達(dá)巡航控制”系統(tǒng)中使用的雷達(dá)傳感器的增加的需求。這種系統(tǒng)可被用于自動地調(diào)整汽車的速度以與前面的其它汽車保持安全距離。

如在使用電子電路的許多應(yīng)用中，能耗和熱耗散也可能是雷達(dá)傳感器的問題，所述雷達(dá)傳感器被用于測量存在于雷達(dá)傳感器的“視場”中的物體(所謂的雷達(dá)目標(biāo))的距離和速度。現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)利用高度集成的rf電路(單片微波集成電路，mmic)，所述高度集成的rf電路可在單個封裝(單芯片收發(fā)器)中并入雷達(dá)收發(fā)器的rf前端的所有核心功能。這種rf前端通常特別包括壓控振蕩器(vco)、功率放大器(pa)、混合器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)。作為在集成rf電路方面做出的進(jìn)步的結(jié)果，熱耗散的問題變得甚至更加突出。另一問題可源自彼此靠近地操作的雷達(dá)傳感器之間的串?dāng)_(例如，兩輛汽車并排駕駛，每輛汽車具有雷達(dá)傳感器)。

通常需要這樣的雷達(dá)傳感器：該雷達(dá)傳感器具有改進(jìn)(即，減少)的能耗，并且在操作期間產(chǎn)生更少的熱量。另外，可能期望減小串?dāng)_。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在本文中描述一種用于fmcw雷達(dá)傳感器的發(fā)射器電路。根據(jù)一個示例性實施例，所述發(fā)射器電路包括：rf振蕩器，可操作地產(chǎn)生調(diào)頻rf發(fā)送信號，其中所述rf發(fā)送信號包括連續(xù)啁啾脈沖的至少一個序列，其中隨機選擇的啁啾脈沖被消隱（blank）。

另外，在本文中描述一種用于雷達(dá)發(fā)射器的方法。根據(jù)一個示例性實施例，所述方法包括：產(chǎn)生包括連續(xù)啁啾脈沖的至少一個序列的rf發(fā)送信號，其中隨機選擇的啁啾脈沖被消隱；以及經(jīng)由至少一個天線輻射rf發(fā)送信號作為雷達(dá)信號。

附圖說明

參照下面的描述和附圖，能夠更好地理解本發(fā)明。附圖中的部件不必符合比例，而是重點在于圖示本發(fā)明的原理。此外，在附圖中，相同的參考數(shù)字指定對應(yīng)的部分。在附圖中：

圖1是圖示rf收發(fā)器芯片的接收路徑的基本結(jié)構(gòu)的方框圖。

圖2是圖示單基地雷達(dá)收發(fā)器芯片中的接收/發(fā)送路徑的方框圖。

圖3圖示能夠被用在fmcw雷達(dá)傳感器中的頻率調(diào)制方案。

圖4是圖示用于測量雷達(dá)目標(biāo)的距離和/或速度的信號處理的一些方面的方框圖。

圖5a至5c圖示fmcw雷達(dá)發(fā)射器/收發(fā)器的頻率調(diào)制方案(圖5a)和根據(jù)本公開的個體啁啾的省略(圖5b)；圖5c圖示對應(yīng)的偽隨機二進(jìn)制序列。

圖6是圖示當(dāng)使用如圖5b中所示的稀疏啁啾序列時的用于測量雷達(dá)目標(biāo)的距離和/或速度的信號處理的一些方面的方框圖。

圖7包括示意性地圖示fmcw雷達(dá)信號的距離-多普勒處理的示圖。

圖8和9圖示用于距離-多普勒處理的稀疏矩陣中的測量的樣本值的布置。

具體實施方式

以下在雷達(dá)收發(fā)器的情況下討論本發(fā)明的實施例。然而，應(yīng)該注意的是，也可在不同于雷達(dá)的應(yīng)用(諸如，例如rf通信裝置的rf收發(fā)器)中應(yīng)用本發(fā)明。在討論在本文中描述的由雷達(dá)傳感器使用的頻率調(diào)制(fm)方案的細(xì)節(jié)之前，解釋fmcw雷達(dá)收發(fā)器的一般結(jié)構(gòu)。

圖1圖示如例如在雷達(dá)距離和/或速度測量裝置(也被稱為“雷達(dá)傳感器”)中所使用的rf收發(fā)器1的接收路徑。因此，rf收發(fā)器1包括混合器10，混合器10被提供rf輸入信號srx和rf振蕩器信號slo，混合器10被用于將rf輸入信號srx下轉(zhuǎn)換到基帶或中頻(if)頻帶中。rf輸入信號srx可由天線(圖1中未示出)提供，并且可在被提供給混合器10之前被預(yù)放大(參見rf放大器12，例如低噪聲放大器lna)。在本示例中，rf振蕩器信號slo由本機振蕩器(lo)11產(chǎn)生，本機振蕩器(lo)11可包括在鎖相環(huán)(pll)中耦合的壓控振蕩器(vco)。然而，根據(jù)實際應(yīng)用，rf振蕩器信號slo可由其它電路提供。在雷達(dá)應(yīng)用中，本機振蕩器信號slo通常被頻率調(diào)制以實現(xiàn)所謂的fmcw雷達(dá)傳感器。當(dāng)在雷達(dá)距離和/或速度測量裝置中使用時，rf振蕩器信號slo可處于大約24ghz和81ghz之間的范圍中(在本示例中，77ghz)。然而，更高或更低的頻率也可適用。以下參照圖3進(jìn)一步解釋頻率調(diào)制的一些方面。

如上所述，混合器10將rf輸入信號srx’(放大的天線信號)下轉(zhuǎn)換到基帶(或if頻帶)中。相應(yīng)的基帶信號(混合器輸出信號)由sbb表示?；鶐盘杝bb(或if頻帶信號)隨后經(jīng)受模擬濾波(濾波器13)以抑制不期望的邊帶或圖像頻率。濾波器13可以是低通濾波器或帶通濾波器。已濾波的基帶信號(濾波器輸出信號)由sbb’表示，并且也在fmcw雷達(dá)應(yīng)用中被稱為“拍頻信號”。利用混合器將rf輸入信號下轉(zhuǎn)換到基帶或if頻帶中的接收器本身被稱為外差接收器，并且因此不再進(jìn)一步更詳細(xì)地討論。已濾波的基帶信號sbb’隨后被采樣并且轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號srxdig(模數(shù)轉(zhuǎn)換器14)，數(shù)字信號srxdig隨后在數(shù)字域中使用數(shù)字信號處理器(例如，dsp15)進(jìn)一步處理。在下轉(zhuǎn)換到if頻帶中的情況下，if信號也可被數(shù)字化以用于if信號的數(shù)字解調(diào)?？墒褂美鐖?zhí)行合適的軟件指令的數(shù)字信號處理器來執(zhí)行數(shù)字信號處理。

圖1圖示rf接收器或收發(fā)器的接收路徑。在所謂的雙基地或偽單基地雷達(dá)系統(tǒng)中，接收器可與發(fā)射器分開，因為接收器和發(fā)射器使用分開的天線。替代于單個天線，可使用天線陣列。圖2圖示rf收發(fā)器(組合的接收器和發(fā)射器)，該rf收發(fā)器可被用在單基地雷達(dá)系統(tǒng)中，在所述單基地雷達(dá)系統(tǒng)中相同的天線被用于發(fā)送和接收rf信號。圖2的收發(fā)器包括定向耦合器22，定向耦合器22被耦合在混合器10和天線20之間并且被配置為將由天線20接收的rf信號srx引導(dǎo)至混合器10(接收路徑)。在由天線20輻射之前，rf振蕩器信號slo由rf功率放大器21放大。放大的rf振蕩器信號被表示為stx，并且也被稱為輸出“雷達(dá)信號”。定向耦合器22被配置為將放大的rf振蕩器信號stx引導(dǎo)至天線20，天線20輻射相應(yīng)的電磁雷達(dá)信號。除定向耦合器22之外，接收路徑(放大器12、混合器10、濾波器13、模數(shù)轉(zhuǎn)換器14、信號處理器15)與圖1中的相同，并且因此不在這里重復(fù)。

定向耦合器22可被實現(xiàn)為由帶狀線形成的環(huán)形波導(dǎo)耦合器。然而，可使用其它類型的定向耦合器。特別地，當(dāng)使用環(huán)形波導(dǎo)耦合器時，耦合器的一個端口結(jié)束于終端阻抗23。定向耦合器22可被實現(xiàn)在與收發(fā)器的其它電路部件相同的芯片封裝中以提供單芯片解決方案。根據(jù)實際的實現(xiàn)方式，作為定向耦合器22的替代方案，可使用循環(huán)器。所謂的“單芯片雷達(dá)”可通常在一個芯片中包括提供距離和/或速度測量所需的核心功能的電路(單片微波集成電路，mmic)。因此，該芯片可特別包括rf振蕩器、放大器、混合器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器。然而，對于在本文中描述的實施例，集成并不特別重要，并且包括幾個分開的芯片和分立電路部件的解決方案也是適用的。

如上所述，調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)(fmcw)信號被雷達(dá)傳感器用于距離測量，如例如在圖2中所示。根據(jù)應(yīng)用，可使用各種頻率調(diào)制(fm)方案。可根據(jù)正弦波形、鋸齒波形、三角波形等對雷達(dá)信號進(jìn)行頻率調(diào)制。在許多應(yīng)用中，用于雷達(dá)信號的頻率調(diào)制的調(diào)制信號具有三角波形或鋸齒波形。圖3圖示由fmcw雷達(dá)傳感器使用的測量原理，fmcw雷達(dá)傳感器輻射使用鋸齒形調(diào)制信號進(jìn)行調(diào)制的頻率調(diào)制雷達(dá)信號。圖3的示圖圖示隨著輸出雷達(dá)信號stx和相應(yīng)輸入雷達(dá)信號srx(也參見圖2)的時間的頻率。因此，輸出雷達(dá)信號stx的頻率從開始頻率fstart到停止頻率fstop以線性方式增加，然后下降回至fstart，并且再次增加，直至達(dá)到停止頻率fstop，諸如此類。從圖3能夠看出，輸出雷達(dá)信號stx包括“頻率斜坡”(也被稱為“啁啾脈沖”或“啁啾”)序列。根據(jù)應(yīng)用，定義的調(diào)制暫?？杀徊迦朐趦蓚€隨后的啁啾之間，其中雷達(dá)信號可在暫停期間保持在停止頻率或開始頻率(或停止和開始頻率之間的任何頻率)。一個啁啾的持續(xù)時間可處于從幾微秒直至幾毫秒(例如，50μs到2000μs)的范圍中。然而，根據(jù)應(yīng)用，實際值可以更大或更低。

由于從天線到雷達(dá)目標(biāo)(在雷達(dá)目標(biāo)，雷達(dá)信號被反向散射)并且返回到天線的雷達(dá)信號的傳播時間，輸入雷達(dá)信號srx(由天線接收)相對于輸出雷達(dá)信號stx(由天線輻射)滯后時間延遲δt。時間延遲δt經(jīng)常被稱為往返延遲rtd。雷達(dá)目標(biāo)相對于雷達(dá)傳感器的距離dt是dt=c?δt/2，即光速c乘以時間延遲δt的一半。從圖3能夠看出，時間延遲δt導(dǎo)致頻移δf，其中通過將輸入信號srx下混合(參見圖2，混合器10和濾波器13)和隨后的數(shù)字頻譜分析能夠測量所述頻移δf。當(dāng)使用如圖3中所示的線性啁啾(即，鋸齒形調(diào)制信號)時，時間延遲δt能夠被計算為δt=δf/k，其中因子k是頻率斜坡的陡度，它能夠被計算為k=(fstop-fstart)/tchirp。

雖然以上已概述fmcw雷達(dá)傳感器的基本操作原理，但應(yīng)該注意的是，能夠在實踐中應(yīng)用更復(fù)雜的信號處理。特別地，由于多普勒效應(yīng)而導(dǎo)致的輸入信號的另外的頻移fd可在距離測量中引起誤差，因為多普勒頻移fd增加如以上所解釋的由于雷達(dá)信號的傳播時間而導(dǎo)致的頻移δf。根據(jù)應(yīng)用，也可從輸出和輸入雷達(dá)信號估計多普勒頻移，并且在一些應(yīng)用中，對于距離測量，多普勒頻移可以是可忽略的。特別地，當(dāng)啁啾持續(xù)時間tchirp較短以使得對于雷達(dá)傳感器的測量范圍內(nèi)的任何距離而言與多普勒頻移fd相比頻移δf較高時，情況可能如此。在圖3的示例中，雷達(dá)信號的頻率從fstart增加到fstop，這導(dǎo)致所謂的“上啁啾”。然而，對于“下啁啾”，也就是說，當(dāng)停止頻率fstop低于開始頻率fstart并且頻率在啁啾期間從fstart減小到fstop時，能夠應(yīng)用相同的測量技術(shù)。在一些雷達(dá)系統(tǒng)中，當(dāng)基于“上啁啾”和“下啁啾”計算距離時，可消除多普勒頻移。實際測量的雷達(dá)目標(biāo)的距離dt能夠被計算為從上啁啾回聲獲得的距離值和從下啁啾回聲獲得的距離值的平均值；通過所述求平均值，多普勒頻移抵消。然而，這些基本信號處理技術(shù)在fmcw雷達(dá)的領(lǐng)域中本身是已知的，并且因此不在這里更詳細(xì)地解釋。

圖4是圖示基本信號處理結(jié)構(gòu)的方框圖，該基本信號處理結(jié)構(gòu)可被用于實現(xiàn)圖3中示出的fm方案和在下混合且數(shù)字化的雷達(dá)信號srxdig(參見圖2)中所包括的頻移δf的評估。圖4中描繪的信號處理結(jié)構(gòu)可至少部分地由軟件實現(xiàn)，所述軟件由一個或多個微處理器(例如，數(shù)字信號處理器、微控制器等)執(zhí)行。然而，可使用專用硬件(諸如，可編程或硬連線邏輯電路)實現(xiàn)一些功能。因此，包括等于頻移δf的頻率分量(拍頻)的信號srxdig(數(shù)字fmcw雷達(dá)信號)經(jīng)受頻譜分析(塊33，頻譜處理單元)以確定頻移δf和代表雷達(dá)目標(biāo)與雷達(dá)傳感器的距離的相應(yīng)距離值dt。斜坡發(fā)生器32被用于產(chǎn)生用于控制本機振蕩器11(參見圖2)的振蕩頻率的斜坡信號srmp。斜坡信號srmp代表圖3中示出的頻率斜坡，并且被用于設(shè)置本機振蕩器11的振蕩頻率。本機振蕩器11可以是壓控振蕩器(在這種情況下，斜坡信號srmp是電壓信號)或包括壓控振蕩器和具有可調(diào)整分頻比的分頻器的鎖相環(huán)(pll)(在這種情況下，斜坡信號srmp可以是分頻比序列)?？赏ㄟ^合適地調(diào)制pll中的分頻器的分頻比來調(diào)制rf振蕩器信號slo(pll的輸出信號)。然而，用于產(chǎn)生調(diào)制的rf振蕩器信號slo的pll本身是已知的，并且因此不在本文中進(jìn)一步解釋?？刂破?1被用于控制信號處理的定時(頻譜分析，塊33)和斜坡產(chǎn)生(斜坡發(fā)生器33)?？刂破?1還可被配置為控制信號流并且設(shè)置用于斜坡產(chǎn)生的參數(shù)(開始和停止頻率fstart、fstop、啁啾持續(xù)時間等)?？刂破?1還可被配置為啟用和禁用rf振蕩器11以便停止或暫停rf振蕩器信號slo中的啁啾脈沖的產(chǎn)生。

在雷達(dá)傳感器的操作期間，輻射包括定義的數(shù)量的啁啾的序列(輸出雷達(dá)信號)，并且處理所得到的雷達(dá)回聲(輸入雷達(dá)信號)，如以上所解釋。實際上，序列包括大量的隨后的啁啾，例如128個啁啾。在雷達(dá)收發(fā)器的rf前端中，特別地在rf功率放大器(參見圖2，放大器21)中，每個啁啾對熱耗散有貢獻(xiàn)。已發(fā)現(xiàn)：在雷達(dá)發(fā)射器中(特別地在雷達(dá)發(fā)射器的rf前端中，例如在圖2的示例中的功率放大器21中)耗散的能量的量能夠顯著減少，而不丟失信息。這能夠通過隨機省略啁啾序列(參見圖3)中的個體啁啾(頻率斜坡)并且應(yīng)用壓縮感測(也被稱為壓縮感測、稀疏感測、壓縮采樣和稀疏采樣)的理論原理來實現(xiàn)。這種情況由圖5a和5b的時序圖圖示。圖5a的時序圖圖示在fmcw雷達(dá)系統(tǒng)中通常實現(xiàn)的示例性fm方案。在本示例中，對于一次數(shù)據(jù)采集，發(fā)送十六個上啁啾的序列。注意的是，實際上，啁啾序列通常包括多得多的啁啾，并且僅為了說明目的，本示例已被簡化。圖5c圖示偽隨機二進(jìn)制序列，其中序列中的每個數(shù)字與原始fm調(diào)制方案(參見圖5a)中的啁啾關(guān)聯(lián)。當(dāng)零出現(xiàn)在偽隨機二進(jìn)制序列中時，原始啁啾序列(圖5a)中的啁啾被省略。

圖6是圖示基本信號處理結(jié)構(gòu)的方框圖，該基本信號處理結(jié)構(gòu)可被用于實現(xiàn)圖5b中示出的fm方案。圖6的示例在本質(zhì)上與圖4的示例相同，除了以下幾點：另外的隨機數(shù)發(fā)生器34被用于產(chǎn)生如圖5c中所示的偽隨機序列，并且輸入雷達(dá)信號srxdig(數(shù)字fmcw雷達(dá)信號)的處理適應(yīng)于稀疏啁啾序列。在本示例中，隨機發(fā)生器34將隨機數(shù)的序列提供給控制器31，控制器31隨后在零出現(xiàn)在隨機序列中的情況下暫停啁啾的產(chǎn)生。在這種情況下，術(shù)語“隨機數(shù)”和“隨機序列”分別包括“偽隨機數(shù)”和“偽隨機數(shù)的序列”。也就是說，在每個啁啾循環(huán)中，當(dāng)一在相應(yīng)循環(huán)內(nèi)出現(xiàn)在隨機序列中時，斜坡發(fā)生器32僅被觸發(fā)以產(chǎn)生啁啾。如果將不會產(chǎn)生啁啾，則例如響應(yīng)于消隱信號sblank，rf振蕩器11可被暫停。與圖4的前一示例相比，輸入雷達(dá)信號的信號處理(塊33’)被增強以便恢復(fù)由于啁啾的隨機省略而“丟失”的信息。如上所述，信息并未真正丟失，而是能夠在以下進(jìn)一步討論的情況下被恢復(fù)。替代于啟用和禁用rf振蕩器11以便消隱從連續(xù)啁啾脈沖的序列選擇的個體啁啾脈沖，rf放大器可被暫時地禁用以防止選擇的啁啾脈沖被放大并且被天線輻射。

期望的是：在不會顯著降低雷達(dá)距離和速度測量的性能的情況下，能夠省略至少三分之一的啁啾脈沖。根據(jù)應(yīng)用和期望的測量準(zhǔn)確性，高達(dá)百分之五十的啁啾脈沖能夠被省略。粗略估計示出：甚至省略三分之二或甚至更多的啁啾脈沖能夠是可能的。然而，在可實現(xiàn)的準(zhǔn)確性和在m個啁啾脈沖的序列(m可以是例如128或256)中省略的啁啾脈沖的分?jǐn)?shù)之間存在折衷。在進(jìn)一步的解釋中，假設(shè)：在m個連續(xù)啁啾脈沖的相連序列中，m-k個啁啾脈沖被消隱，并且僅剩余的k個啁啾脈沖被發(fā)送和輻射到雷達(dá)信道(并且因此被反向散射到收發(fā)器的雷達(dá)接收器部分)。

注意的是，偽隨機序列(參見圖5c)可以針對特定收發(fā)器或收發(fā)器的特定操作方式是固定的，并且在收發(fā)器的設(shè)計期間設(shè)置。一個或多個固定隨機序列可被存儲在控制器31的存儲器中。然而，其它實現(xiàn)方式可實際上包括隨機數(shù)發(fā)生器，以使得(偽)隨機序列能夠在芯片上產(chǎn)生并且因此能夠變化。用于產(chǎn)生偽隨機數(shù)的序列(例如，由控制器31通過執(zhí)行合適的軟件指令而產(chǎn)生的隨機序列)的算法以及能夠產(chǎn)生隨機序列的電路(例如，線性反饋移位寄存器)本身是已知的，并且因此不在本文中進(jìn)一步討論。

如上所述，在將要由雷達(dá)發(fā)射器/收發(fā)器發(fā)送的啁啾的序列中，當(dāng)應(yīng)用壓縮感測的原理時，一些啁啾能夠被省略(即，由發(fā)送暫停替換)，同時仍然能夠獲得可靠的距離和速度測量。二十一世紀(jì)初在應(yīng)用數(shù)學(xué)的領(lǐng)域中的第一相當(dāng)理論貢獻(xiàn)已提出：超越采樣理論的傳統(tǒng)限制(奈奎斯特-香農(nóng)采樣定理)也許是可能的。壓縮感測的理論建立在這樣的事實上：能夠在合適的基礎(chǔ)或“詞典”中僅使用少量非零系數(shù)來代表許多信號。非線性優(yōu)化能夠隨后從非常少的測量恢復(fù)這種信號。壓縮感測能夠潛在地大量減少對采集具有稀疏或可壓縮表示的信號的采樣和存儲要求，然而導(dǎo)致用于處理顯著更少的數(shù)據(jù)的增加的計算要求。盡管奈奎斯特-香農(nóng)定理指出需要某個最小數(shù)量的樣本以便完美地采集任意有限帶寬信號，然而，當(dāng)信號在已知基礎(chǔ)上稀疏時，需要處理的測量值的數(shù)量能夠顯著減少。受到數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)(諸如，變換編碼)啟發(fā)，壓縮感測旨在減少樣本的數(shù)量(即，“壓縮”采樣)而非按照奈奎斯特速率采樣，并且隨后使用數(shù)據(jù)已知技術(shù)來壓縮/減少數(shù)據(jù)的量。壓縮感測的領(lǐng)域產(chǎn)生于candés、romberg和tao的理論工作(參見candés,tomberg,tao,“robustuncertaintyprinciples:exactsignalreconstructionfromhighlyincompletefrequencyinformation”in:ieeetrans.oninformationtheory,vol.52,no.2,feb.2006)，他們示出：能夠從小組的線性、非自適應(yīng)測量值精確地恢復(fù)具有稀疏或壓縮表示的有限維信號。直至今天，這些測量方案的設(shè)計及其針對實用數(shù)據(jù)模型和采集系統(tǒng)的擴展仍然是壓縮感測領(lǐng)域中的主要挑戰(zhàn)。

經(jīng)典采樣理論通?？紤]無限長度、連續(xù)時間信號。與此相比，壓縮感測是關(guān)注測量?ⁿ中的有限維向量的數(shù)學(xué)理論。壓縮感測系統(tǒng)通常采集具有信號和更一般的測試函數(shù)之間的內(nèi)積的形式的測量值，而不是在特定時間點對信號進(jìn)行采樣。在這些測試函數(shù)的設(shè)計中，隨機性可以是重要的方面。所述兩個框架(經(jīng)典采樣理論和壓縮感測)在它們處理信號恢復(fù)的方式(即，從壓縮測量值恢復(fù)原始信號的問題)方面不同。在奈奎斯特-香農(nóng)框架中，通過基于sinc函數(shù)的內(nèi)插實現(xiàn)信號恢復(fù)，這是需要很少的計算并且具有簡單的解釋的線性過程。然而，在壓縮感測中，通常使用非線性方法來實現(xiàn)信號恢復(fù)。

如以上所指示，(隨機)省略的啁啾所包括的信息未被丟失，而是能夠通過合適的信號處理(即，通過應(yīng)用利用“壓縮感測”原理的信號恢復(fù)算法)而被恢復(fù)。這些算法中的許多算法利用所謂的優(yōu)化或l1優(yōu)化?？杀挥糜谛盘柣謴?fù)的示例性算法被稱為基追蹤和匹配追蹤(mp)。mp的增強被稱為正交匹配追蹤(omp)、分段正交匹配追蹤(stomp)、壓縮采樣匹配追蹤(cosamp)和多徑匹配追蹤(mmp)。

數(shù)字fmcw雷達(dá)信號的標(biāo)準(zhǔn)信號處理(參見圖4的信號處理33和圖6的信號處理33’)包括距離-多普勒地圖(也被稱為距離-多普勒圖像)的計算。通常，通過連續(xù)地發(fā)送線性啁啾并且將來自目標(biāo)的延遲的回聲與發(fā)送的信號的樣本混合(參見圖3)，線性fmcw雷達(dá)獲得目標(biāo)信息(即，雷達(dá)目標(biāo)的距離和速度)。能夠從這個混合信號的頻譜(即，從上述拍頻)提取目標(biāo)距離信息。能夠在幾個啁啾的相干積分之后獲得距離-多普勒地圖。距離-多普勒地圖能夠被用作用于各種識別和分類算法的基礎(chǔ)。如以上結(jié)合圖3所述，雷達(dá)目標(biāo)與雷達(dá)傳感器的距離dt是

dt=c·δf·tchirp/(2·b)，（1）

其中δf表示拍頻并且b表示啁啾的帶寬(b=|fstop-fstart|)。因此，線性fmcw雷達(dá)的基本信號處理是確定拍頻。當(dāng)雷達(dá)目標(biāo)正在移動時，必須考慮多普勒效應(yīng)以確定雷達(dá)目標(biāo)(相對于雷達(dá)傳感器)的速度的信息，這能夠基于提及的距離-多普勒地圖來實現(xiàn)，其中能夠使用所謂的距離-多普勒處理來計算所述距離-多普勒地圖。

用于計算距離-多普勒地圖的常見方法是二維傅里葉變換，所述二維傅里葉變換通常使用快速傅里葉變換(fft)算法來實現(xiàn)。因此，第一fft被應(yīng)用于每個啁啾的n個樣本以獲得距離信息(拍頻)，并且第二fft被應(yīng)用于從m個連續(xù)啁啾取得的樣本序列(例如，m個連續(xù)啁啾的第n樣本，n=0,2,…,n-1)以獲得多普勒信息?？稍诜Q為距離-多普勒地圖的m×n矩陣x(m,n)中組織距離-多普勒處理的結(jié)果。

距離-多普勒處理被示意性地圖示在圖7中。圖7的第一示圖(示圖a)圖示與圖3中類似的啁啾的序列。實線代表發(fā)送的啁啾，并且虛線代表對應(yīng)的雷達(dá)回聲(例如，在圖1或2的示例中的信號srx^’)。圖7的第二示圖(示圖b)圖示下轉(zhuǎn)換的基帶信號，例如在圖1或2的示例中的信號sbb^’。這個信號被數(shù)字化(即，采樣和量化)，其中選擇采樣時間，從而每個啁啾由n個樣本代表。因此，當(dāng)m個隨后的啁啾被數(shù)字化(精確地講，所得到的基帶信號被數(shù)字化)時，獲得許多的n×m個樣本，所述n×m個樣本能夠被布置在n×m矩陣s(n,m)中，如圖7的第三示圖(示圖c)中所示。在圖7的示圖c的示例中，表示矩陣的行號的索引n(n=0,1,2,…,n-1)能夠被視為快速時間索引(沿著個體列的兩個隨后的樣本之間的時間距離是tchirp/n)，其中表示矩陣的列號的索引m(m=0,1,2,…,m-1)能夠被視為慢速時間索引(沿著個體行的兩個隨后的樣本之間的時間距離是tchirp)。通過沿著時間時間軸應(yīng)用第一fft(導(dǎo)致包括距離信息的距離-時間地圖r(n,m))并且隨后沿著慢速時間軸應(yīng)用第二fft(導(dǎo)致距離-多普勒地圖x(n,m))，可獲得距離-多普勒地圖x(n,m)。也就是說，首先，針對圖7中示出的矩陣的每個列計算fft，其次，針對圖7中示出的矩陣的每個行計算fft。

在本文中描述的實施例的一個特定方面是：當(dāng)如以上參照圖5和6所述，省略啁啾時，所得到的距離-時間地圖r(m,n)將會是稀疏矩陣。當(dāng)啁啾以隨機方式省略時，非零矩陣元素隨機分布，并且可應(yīng)用上述信號恢復(fù)算法(例如，正交匹配追蹤omp)。如以上參照圖5和6所解釋，在發(fā)射器中例如以偽隨機方式省略一些啁啾(參見圖6，隨機數(shù)發(fā)生器34)。也就是說，m個啁啾的序列之中的僅k個啁啾被實際發(fā)送并且通過雷達(dá)回聲反向散射(k<m)。因此，僅k個啁啾能夠被數(shù)字化并且處理以形成圖7的示圖c中示出的距離-時間地圖r(n,m)，并且圖8的示圖c中的矩陣s(n,m)和r(n,m)中的m個列中的m-k個列僅包含零。圖8示出也在圖3的示例中使用的隨機序列r[m]的情況。距離-時間地圖r(n,m)的灰色陰影列僅包括零元素，因為相應(yīng)啁啾已在發(fā)射器中被省略。

如圖8中所示，矩陣r(n,m)包括n個行向量xn^t，其中n=0,1,2,…n-1，并且t表示轉(zhuǎn)置運算符，也就是說

(2)

每個向量xn包括m個元素，但僅包括k個非零元素(并且因此，j=m-k個零元素)。因此，向量xn的非零元素可被寫在包括k個非零元素的對應(yīng)非稀疏向量yn中，也就是說

(3)，

其中可被視為“壓縮”距離-時間地圖，它代表沒有零列的距離-時間地圖r(m,n)。向量xn(包括m個元素,…,)和yn(包括k個元素,…,)通過下面的方程而相關(guān)：

yn=ф·xn(4)

其中ф是代表上述偽隨機序列r[m]的k×m偽隨機稀疏矩陣(k行，m列)(參見圖5和8)。方程4可被表達(dá)為

yn=ф·ifft{zn}=ф·ψ·zn,(5)

其中zn是包括向量xn的傅里葉變換的向量(包括m個元素zn,m)，并且ψ是代表逆快速傅里葉變換(ifft)的m×m矩陣。在方程5中，替代于ifft，可使用其它類型的變換。然而，對于本討論而言，考慮ifft是足夠的。n個行向量zn^t(n=0,1,2,…n-1)組成如圖9中所示的尋找的距離-多普勒地圖x(n,m)，也就是說

.(6)。

可因此使用下面的信號模型執(zhí)行信號恢復(fù)：

yn=a·zn+en(7)

其中a=ф·ψ是k×m稀疏矩陣，yn表示包括距離-時間地圖r(n,m)的n個行中的每個行內(nèi)的非零元素的向量，zn表示形成尋找的距離-多普勒地圖x(n,m)的n個行的向量，并且en表示對應(yīng)的測量誤差。位于方程7的左手側(cè)的向量yn形成“壓縮”距離-多普勒地圖(參見方程3)，所述“壓縮”距離-多普勒地圖r(n,m)從如圖7(示圖a至c)中所圖示的測量值獲得，其中僅k(而非m)個啁啾被采樣(因為m-k個啁啾被省略)。位于方程7的右手側(cè)的向量zn形成如圖9中所圖示的尋找的距離-多普勒地圖x(n,m)(參見方程6)。在本質(zhì)上，方程7代表n個欠定方程組(即，yn=a?zn,n=0,2,…,n-1)，其中每個方程組包括具有m(m>k)個未知變量(即，zn,0,zn,0,…,zn,m-1)的k個方程?？墒褂帽旧硪阎那抑荚谑箽埐頴n最小化的優(yōu)化算法對這些未知方程組求解。根據(jù)優(yōu)化算法，可使用不同范數(shù)評估殘差。如上所述，這些算法中的許多算法利用所謂的優(yōu)化或l1優(yōu)化，所述優(yōu)化或l1優(yōu)化可被用于“重構(gòu)”全(非稀疏)向量zn。

使用方程7的信號模型允許基于“觀測值”yn(n個向量y0,…,yn-1中的每個向量包括k個樣本)重構(gòu)向量zn，所述“觀測值”yn基本上是采樣的雷達(dá)回聲(參見圖1和2，雷達(dá)回聲srxdig)的傅里葉變換。在下面的文獻(xiàn)中提供可被用于從yn中所包括的測量的樣本計算zn(并且因此計算距離-多普勒地圖x(n,m))的一個示例性算法：t.tonycai,liewang,orthogonalmatchingpursuitforsparsesignalrecoverywithnoise,in:ieeetrans.oninformationtheory,vol.57,no.7,july2011。一旦全(非稀疏)距離-多普勒地圖x(n,m)已被重構(gòu)，就可使用用于基于距離-多普勒地圖檢測雷達(dá)目標(biāo)的任何已知技術(shù)。

以下，總結(jié)實施例的一些方面。然而，強調(diào)的是，下面不是特征的窮盡列舉，而是要被視為可在至少一個實施例中是有益的特征的示例性總結(jié)。參考符號參照圖1至9。因此，描述用于fmcw雷達(dá)傳感器的發(fā)射器電路(參見例如圖6)。發(fā)射器包括：rf振蕩器(本機振蕩器11)，被配置為產(chǎn)生調(diào)頻rf發(fā)送信號(例如，lo信號slo)。rf發(fā)送信號包括連續(xù)啁啾脈沖的至少一個序列，其中隨機選擇的啁啾脈沖被消隱(參見圖5的示圖b和c)?？苫趥坞S機序列(即，隨機數(shù)的序列)隨機選擇啁啾脈沖，并且偽隨機序列可被存儲在存儲器中或由隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。隨機序列可以是固定的(即，不在發(fā)射器的操作期間變化)，或者可定期地改變。發(fā)射器可包括：控制器電路(參見例如圖6，控制器31)，被耦合到rf振蕩器并且被配置為消隱隨機選擇的啁啾脈沖。在一個特定實施例中，控制器電路可被配置為啟用和禁用rf振蕩器(參見例如圖6，lo11)以便消隱隨機選擇的啁啾脈沖。

天線(參見例如圖2，天線20)可被耦合到rf振蕩器(例如，經(jīng)由rf放大器)以輻射rf發(fā)送信號作為雷達(dá)信號(參見例如圖6，雷達(dá)信號stx)。在一個特定實施例中，控制器電路(參見例如圖6，控制器31)可被配置為啟用和禁用rf放大器(替代于rf振蕩器)以便消隱rf發(fā)送信號中的隨機選擇的啁啾脈沖。為了產(chǎn)生啁啾脈沖，rf振蕩器可具有用于接收調(diào)制信號的頻率控制輸入，其中響應(yīng)于調(diào)制信號而調(diào)制rf發(fā)送信號的頻率(參見圖5，示圖a和c中的頻率斜坡)。

此外，在本文中描述一種用于fmcw雷達(dá)裝置的方法。根據(jù)一個實施例，所述方法包括：產(chǎn)生包括啁啾脈沖的至少一個序列的rf發(fā)送信號，其中隨機選擇的啁啾脈沖被消隱(參見例如圖5的示圖b和c以及圖6的rf發(fā)送信號slo)。經(jīng)由至少一個天線輻射rf發(fā)送信號作為雷達(dá)信號(參見例如圖6，發(fā)送的雷達(dá)信號stx)。如上所述，rf發(fā)送信號可在由所述至少一個天線(參見例如圖2，天線20)輻射之前被放大。啁啾脈沖的所述至少一個序列包括m個連續(xù)啁啾脈沖，其中m-k個啁啾脈沖被省略，以使得k個啁啾脈沖被輻射作為雷達(dá)信號(參見例如圖8，其中在距離-時間地圖r(n,m)的每個行中，m個元素中的m-k個元素是零)。在一些實施例中，至少三分之一的啁啾脈沖可被省略，即比率(m-k)/m可以是至少1/3。在一些實施例中，比率(m-k)/m可高達(dá)2/3或甚至更大。

在一個實施例中，所述方法還包括：接收雷達(dá)回聲信號，該雷達(dá)回聲信號是在位于雷達(dá)信道中的雷達(dá)目標(biāo)處反向散射的雷達(dá)信號的部分。因此，雷達(dá)回聲信號包括輻射的雷達(dá)信號的啁啾脈沖(參見例如圖7，示圖a中的虛線)。雷達(dá)發(fā)射器的接收信號路徑的一個示例性實現(xiàn)方式被示出在圖1中，其中放大的雷達(dá)回聲信號被表示為srx^’。雷達(dá)回聲信號從rf頻帶下轉(zhuǎn)換到基帶或if頻帶中(參見例如圖1，混合器10)。隨后，下轉(zhuǎn)換的雷達(dá)回聲信號可被數(shù)字化以獲得雷達(dá)回聲信號中所包括的每個啁啾脈沖的數(shù)字信號，其中每個數(shù)字信號包括n個樣本(參見例如圖7，示圖a，矩陣s(n,m)的m個列中的k個非零數(shù)字信號，k個數(shù)字信號中的每個數(shù)字信號包括n個樣本)。在一個實施例中，所述方法包括：將k個非零數(shù)字信號變換到頻域中(參見例如圖7，示圖c)。這個變換的結(jié)果可由例如圖8中示出的距離-時間地圖r(n,m)代表。距離-時間地圖r(n,m)的僅k個列包括非零值。

為了重構(gòu)“丟失的”信息(由于距離-時間地圖r(n,m)中的零列而導(dǎo)致)，可確定欠定方程組(參見例如方程7)。在描述的情況(其中k個數(shù)字信號中的每個數(shù)字信號包括n個樣本)下，可基于k個數(shù)字信號(參見例如圖8，r(m,n)的列)和矩陣來確定n個方程組，所述矩陣包括關(guān)于m個連續(xù)啁啾脈沖中的哪些啁啾脈沖已被省略的信息(參見方程4至7，矩陣a=ф·ψ，其中ф代表偽隨機序列)?？墒褂脙?yōu)化算法來近似得到每個欠定方程組的解，其中優(yōu)化算法可被配置為使殘差的范數(shù)最小化。

根據(jù)另一示例，所述方法包括：產(chǎn)生包括啁啾脈沖的至少一個序列的rf發(fā)送信號，其中隨機選擇的啁啾脈沖被消隱；以及經(jīng)由至少一個天線輻射rf發(fā)送信號作為雷達(dá)信號。在雷達(dá)目標(biāo)處反向散射的雷達(dá)信號的部分被接收作為雷達(dá)回聲信號，所述雷達(dá)回聲信號包括輻射的雷達(dá)信號的啁啾脈沖。然后，雷達(dá)回聲信號從rf頻帶下轉(zhuǎn)換到基帶或if頻帶中，并且下轉(zhuǎn)換的雷達(dá)回聲信號被數(shù)字化以獲得雷達(dá)回聲信號中所包括的每個啁啾脈沖的數(shù)字信號。這種方法還包括：基于數(shù)字信號計算距離-多普勒地圖。再次，啁啾脈沖的序列可包括m個連續(xù)啁啾脈沖，其中m個連續(xù)啁啾脈沖之中的僅k個啁啾脈沖未被消隱并且因此被包括在輻射的雷達(dá)信號中。因此，下轉(zhuǎn)換的雷達(dá)回聲信號的數(shù)字化產(chǎn)生與雷達(dá)回聲信號中所包括的k個啁啾脈沖對應(yīng)的k個數(shù)字信號，其中k個數(shù)字信號中的每個數(shù)字信號包括n個樣本。最后，如以上參照圖5至9所述，可基于k個數(shù)字信號計算包括n乘m個樣本的距離-多普勒地圖。

盡管已描述本發(fā)明的各種實施例，但對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將會清楚的是，許多另外的實施例和實現(xiàn)方式在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的。因此，除了考慮到所附權(quán)利要求及其等同物之外，本發(fā)明不應(yīng)受到限制。關(guān)于由上述部件或結(jié)構(gòu)(組件、裝置、電路、系統(tǒng)等)執(zhí)行的各種功能，除非另外指示，用于描述這種部件的術(shù)語(包括對“裝置”的提及)旨在對應(yīng)于執(zhí)行描述的部件的指定功能的任何部件或結(jié)構(gòu)(即，在功能上等同)，即使不在結(jié)構(gòu)上等同于在本文中圖示的本發(fā)明的示例性實現(xiàn)方式中執(zhí)行該功能的公開的結(jié)構(gòu)。