本發(fā)明涉及車輛的雷達(dá)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在雷達(dá)系統(tǒng)中，多個(gè)發(fā)射天線可以用于增加雷達(dá)角分辨率。恰當(dāng)放置的發(fā)射天線通過(guò)產(chǎn)生所謂的“虛擬天線”而產(chǎn)生與具有更多接收天線類似的效果。這些系統(tǒng)通常表示為多輸入多輸出(multipleinputmultipleoutput，mimo)系統(tǒng)。天線在發(fā)射期間依序操作并且接收器處理依序發(fā)射以確定反射信號(hào)的距離和到達(dá)角度。mimo雷達(dá)系統(tǒng)可以例如用于汽車或其它機(jī)動(dòng)車中作為自適應(yīng)駕駛員輔助系統(tǒng)的一部分。此汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)通?？梢允钦{(diào)頻連續(xù)波(frequency-modulatedcontinuous-wave，fmcw)雷達(dá)系統(tǒng)，該fmcw雷達(dá)系統(tǒng)在發(fā)射時(shí)使用線性調(diào)頻掃描信號(hào)。發(fā)射信號(hào)通常與產(chǎn)生差頻的所接收反射信號(hào)混合。差頻指示雷達(dá)系統(tǒng)與物體之間的距離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

各種方面在所附權(quán)利要求書(shū)中定義。在第一方面中，定義一種用于機(jī)動(dòng)車的雷達(dá)系統(tǒng)，包括：多個(gè)發(fā)射器，用于發(fā)射包括連續(xù)波信號(hào)的雷達(dá)信號(hào)；接收器，用于接收通過(guò)物體反射的所發(fā)射雷達(dá)信號(hào)；信號(hào)重構(gòu)器，其耦合到接收器，其中每個(gè)發(fā)射器被配置成在時(shí)間周期期間發(fā)射連續(xù)波信號(hào)的至少一部分并且其中對(duì)于在該時(shí)間周期期間的多個(gè)樣本時(shí)間周期中的每一個(gè)樣本時(shí)間周期，至少一些發(fā)射器的組合發(fā)射，并且信號(hào)重構(gòu)器被配置成根據(jù)等于樣本時(shí)間周期數(shù)目的所接收連續(xù)波信號(hào)的多個(gè)測(cè)量確定物體相對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)的坐標(biāo)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，雷達(dá)系統(tǒng)可以包括耦合到多個(gè)發(fā)射器的信號(hào)產(chǎn)生器，該信號(hào)產(chǎn)生器被配置成產(chǎn)生連續(xù)波信號(hào)，該連續(xù)波信號(hào)包括在該時(shí)間周期之后重復(fù)的調(diào)頻連續(xù)波掃頻信號(hào)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，雷達(dá)系統(tǒng)可以另外包括耦合到發(fā)射器中的每一個(gè)發(fā)射器的控制器，其中該發(fā)射控制器可用于在樣本時(shí)間周期中的每一個(gè)樣本時(shí)間周期期間將連續(xù)波信號(hào)路由到發(fā)射器中的至少一個(gè)發(fā)射器。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射控制器可以控制用于在時(shí)間周期t期間以偽隨機(jī)序列或金氏碼序列中的至少一個(gè)序列發(fā)射的發(fā)射器的組合的序列。

通過(guò)使用偽隨機(jī)序列或金氏碼序列，組合的發(fā)射信號(hào)可以產(chǎn)生為擴(kuò)頻信號(hào)。

在實(shí)施例中，通過(guò)信號(hào)重構(gòu)器將所接收雷達(dá)信號(hào)處理為稀疏信號(hào)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)重構(gòu)器可以被配置成針對(duì)物體與雷達(dá)系統(tǒng)之間的多個(gè)距離和接收信號(hào)的到達(dá)角度中的每一個(gè)，產(chǎn)生接收信號(hào)的預(yù)期信號(hào)值的估計(jì)值，并且將所測(cè)量的信號(hào)值與距離和到達(dá)角度的每個(gè)組合的預(yù)期信號(hào)值相比較。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)重構(gòu)器可以被配置成通過(guò)針對(duì)距離和到達(dá)角度的每個(gè)組合確定預(yù)期值與接收信號(hào)值之間的最小差來(lái)確定物體的最可能位置。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，雷達(dá)系統(tǒng)可以包括耦合到控制器的天線開(kāi)關(guān)模塊，其中該控制器可用于在發(fā)射器不使用天線時(shí)將天線耦合到接收器。

雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)施例可以并入到自動(dòng)駕駛員輔助系統(tǒng)中。

雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)施例可以形成為集成電路。

在第二方面中，描述一種在包括多個(gè)發(fā)射器和接收器的雷達(dá)系統(tǒng)中確定物體的坐標(biāo)的方法，該方法包括：通過(guò)改變用于在時(shí)間周期期間的多個(gè)樣本時(shí)間發(fā)射信號(hào)的發(fā)射器的組合而在該時(shí)間周期期間發(fā)射連續(xù)波信號(hào)的至少一部分；接收從物體反射的所發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；以及根據(jù)等于樣本時(shí)間數(shù)目的多個(gè)測(cè)量確定物體相對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)的距離和角度。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，連續(xù)波信號(hào)包括具有等于或小于該時(shí)間周期的持續(xù)時(shí)間的調(diào)頻連續(xù)波掃頻信號(hào)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，確定物體的距離和角度另外包括將矩陣的每個(gè)元素的接收信號(hào)強(qiáng)度的值求和，每個(gè)矩陣元素表示針對(duì)特定到達(dá)角度值和距離值的信號(hào)強(qiáng)度值。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，確定物體的距離和角度包括假設(shè)矩陣中的大部分元素為零。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，其中確定物體的距離和角度另外包括通過(guò)一系列距離和到達(dá)角度的組合產(chǎn)生從物體反射的接收信號(hào)的預(yù)期信號(hào)值的估計(jì)值；以及將所測(cè)量信號(hào)值與距離和到達(dá)角度的每個(gè)組合的預(yù)期信號(hào)值相比較。

在第三方面中，描述一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括當(dāng)通過(guò)處理單元執(zhí)行時(shí)使所述處理單元執(zhí)行在包括多個(gè)發(fā)射器和接收器的雷達(dá)系統(tǒng)中確定物體的坐標(biāo)的方法的指令，該方法包括通過(guò)改變用于在時(shí)間周期期間的多個(gè)樣本時(shí)間發(fā)射信號(hào)的發(fā)射器的組合而在該時(shí)間周期期間發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的至少一部分；接收從物體反射的所發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；以及根據(jù)等于樣本時(shí)間數(shù)目的多個(gè)測(cè)量確定物體相對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)的距離和角度。

附圖說(shuō)明

在附圖和描述中，相似的附圖標(biāo)記指代相似特征。本發(fā)明的實(shí)施例現(xiàn)僅借助于通過(guò)附圖示出的例子來(lái)詳細(xì)地描述，在附圖中：

圖1描述根據(jù)實(shí)施例的用于機(jī)動(dòng)車的雷達(dá)系統(tǒng)。

圖2示出a)示例掃頻信號(hào)特征b)周期性掃頻信號(hào)特征c)相對(duì)于待檢測(cè)物體以及距離和到達(dá)角度的矩陣的雷達(dá)系統(tǒng)和d)示例發(fā)射組合和接收器采樣時(shí)間表。

圖3描述根據(jù)實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)。

圖4示出a)mimo雷達(dá)系統(tǒng)的典型雷達(dá)發(fā)射b)根據(jù)實(shí)施例的雷達(dá)發(fā)射。

圖5示出根據(jù)實(shí)施例的mimo雷達(dá)系統(tǒng)的物體檢測(cè)結(jié)果和b)典型mimo雷達(dá)系統(tǒng)的物體檢測(cè)結(jié)果。

圖6示出根據(jù)實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)。

圖7示出根據(jù)實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)。

圖8示出根據(jù)實(shí)施例的在用于機(jī)動(dòng)車的雷達(dá)系統(tǒng)中檢測(cè)物體的方法。

具體實(shí)施方式

圖1描述根據(jù)實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)100。雷達(dá)系統(tǒng)100包括連接到對(duì)應(yīng)天線104a、104b、104c、104m的數(shù)目m個(gè)射頻(radiofrequency，rf)發(fā)射器102a、102b、102c、102m。控制器112具有連接到相應(yīng)rf發(fā)射器102a至102m中的每一個(gè)rf發(fā)射器的控制輸出端以及連接到信號(hào)產(chǎn)生器114的另外的控制輸出端。信號(hào)產(chǎn)生器114具有連接到控制器的輸出端。雷達(dá)系統(tǒng)100具有由連接到rf接收器108的天線106組成的接收器鏈。rf接收器的輸出端連接到信號(hào)重構(gòu)器116。信號(hào)重構(gòu)器116的輸出端連接到存儲(chǔ)器118。信號(hào)產(chǎn)生器114的輸出端連接到rf接收器108。

現(xiàn)在參考圖1和圖2描述雷達(dá)系統(tǒng)100的操作。在操作中，信號(hào)產(chǎn)生器114產(chǎn)生至少部分由rf發(fā)射器102a至102m中的一個(gè)或多個(gè)rf發(fā)射器發(fā)射的信號(hào)波形。在例如fmcw雷達(dá)的雷達(dá)系統(tǒng)中，所產(chǎn)生的信號(hào)通常是稱為掃頻信號(hào)的例子的線性掃頻。圖2a中示出掃頻信號(hào)的特征，圖2a示出通過(guò)線152示出的y軸上的掃頻信號(hào)頻率變化關(guān)于x軸上的時(shí)間的圖形150。掃頻信號(hào)可以具有總時(shí)間周期t，該總時(shí)間周期t可以由以下組成：與在頻率斜升開(kāi)始之前的周期對(duì)應(yīng)的表示為tdwell的初始時(shí)間周期、與掃頻信號(hào)的線性增加的頻率斜升對(duì)應(yīng)的周期tramp以及其間頻率復(fù)位到最小頻率值的時(shí)間周期treset。斜升的頻率范圍對(duì)應(yīng)于掃頻信號(hào)的帶寬b。通過(guò)線154示出的掃頻信號(hào)的時(shí)間延遲版本在從物體反射時(shí)可以由rf接收器108接收。掃頻信號(hào)可以時(shí)間周期t重復(fù)，如在圖2b中通過(guò)用于所發(fā)射掃頻信號(hào)152′和所接收掃頻信號(hào)154′的圖形160所示。圖2c中示出雷達(dá)信號(hào)模型的一般操作。如圖2c中所示，假設(shè)物體相對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)相距距離d并且成角度θ，則雷達(dá)信號(hào)以光速c行進(jìn)并且當(dāng)從物體反射時(shí)，該雷達(dá)信號(hào)以2d/c的延遲接收到。由于天線的物理位置不同，因此多個(gè)發(fā)射天線104a、104b、104c、104m將在由不同天線發(fā)射的信號(hào)之間引入另外的信號(hào)延遲。這些另外的延遲將取決于信號(hào)到達(dá)的角度θ并且可以用于提取關(guān)于物體182的角位置的信息。如將了解，可以通過(guò)雷達(dá)系統(tǒng)100檢測(cè)到多于一個(gè)物體。

矩陣180的元素可以具有與在矩陣180的y軸182上示出的到達(dá)角度θ的不同可能值對(duì)應(yīng)的元素，該值可以在-π弧度至+π弧度之間變化。矩陣的x軸184對(duì)應(yīng)于可以根據(jù)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)之間的相位差確定的距離d，該距離d可以取決于相應(yīng)發(fā)射器104a……104m的功率在0與最大值dmax之間變化。

現(xiàn)在返回到圖1，控制器112在掃頻信號(hào)的時(shí)間周期t期間將所產(chǎn)生信號(hào)耦合到發(fā)射器104a至104m的不同組合。通過(guò)將所測(cè)量的進(jìn)入樣本與由二維矩陣180表示的用于距離和入射角的變化值的預(yù)期響應(yīng)的模型相比較而由信號(hào)重構(gòu)器116處理反射信號(hào)，該二維矩陣180可以存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器118中。本發(fā)明的發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，假設(shè)二維矩陣180的大部分元素將為零，則可以通過(guò)使用天線的組合發(fā)射信號(hào)并且隨后重構(gòu)該信號(hào)而在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖時(shí)間周期t中確定角分辨率。這使得會(huì)比其它情況更快地確定具有相同角分辨率的物體的位置，因?yàn)樵诔Ｒ?guī)上多個(gè)掃頻信號(hào)依次通過(guò)每個(gè)天線依序發(fā)射，每個(gè)信號(hào)具有周期t。

在fmcw雷達(dá)的情況下，發(fā)射信號(hào)通常是線性調(diào)頻脈沖，該線性調(diào)頻脈沖由在周期tramp期間發(fā)生的帶寬b的線性頻率斜升組成，如先前參考圖2b所說(shuō)明。應(yīng)了解，來(lái)自第m個(gè)天線的接收信號(hào)可以通過(guò)以下近似：

其中a是具有描述所接收反射信號(hào)的強(qiáng)度的量值的復(fù)數(shù)以及：

是距離相關(guān)的解調(diào)信號(hào)的頻率。延遲τ(θ，m)描述第m個(gè)天線相對(duì)于某一參考天線m＝0的相對(duì)延遲。對(duì)于彼此相距距離δ的兩個(gè)天線，假設(shè)在實(shí)踐中的通常情況下，物距d遠(yuǎn)大于天線之間的距離，則2個(gè)信號(hào)之間的延遲可以近似為對(duì)于m個(gè)均勻間隔開(kāi)的天線，其中λ是雷達(dá)信號(hào)的波長(zhǎng)。

其中xnm表示在從第m個(gè)天線的發(fā)射期間的第n個(gè)復(fù)雜數(shù)據(jù)樣本。在非復(fù)雜接收器中，樣本等于等式的實(shí)數(shù)部分。雷達(dá)信號(hào)不會(huì)從單點(diǎn)反射，但會(huì)從空間中的多個(gè)點(diǎn)反射。可以限定一組距離d1和角度θκ，并且將天線m處的接收信號(hào)近似為從所有這些可能點(diǎn)的反射的總和：

其中每個(gè)ωk對(duì)應(yīng)于角度θκ并且每個(gè)ω1對(duì)應(yīng)于距離d1?？够殳B濾波器通常根據(jù)奈奎斯特采樣標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定以清除1/(2t/n)赫茲以上的所有頻率。因此，雷達(dá)可以估計(jì)的最大距離可以根據(jù)上文計(jì)算為：n*c/(4b)。模型取決于由矩陣a的元素ak1描述的未知反射信號(hào)強(qiáng)度。

最小化觀測(cè)到的信號(hào)xmn與模型預(yù)測(cè)信號(hào)之間的差的a的求值是用于基于雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)物體的典型雷達(dá)處理。平方距離的總和最小化為差的測(cè)量：e(a)

以及

在距離和角度的離散集合的情況下，使得

存在此問(wèn)題的有效封閉式解，也稱為可以實(shí)施為快速傅里葉變換的2維離散傅里葉變換：

對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)100，控制器112可以在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期t期間將所有天線信號(hào)組合成單個(gè)信號(hào)。用于組合信號(hào)的模型是

其中cmn值是用于每個(gè)組合的已知增益?？梢酝ㄟ^(guò)相同方式定義用于最小化模型與數(shù)據(jù)的差的目標(biāo)：

以及

對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)100，僅存在n個(gè)測(cè)量樣本而在矩陣a中存在nm個(gè)未知akl值。該問(wèn)題是欠定的，并且因此將存在具有完全模型擬合的多個(gè)解決方案。

本申請(qǐng)案的發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，由于大部分空間是不會(huì)反射雷達(dá)信號(hào)的空氣，因此大部分akl值預(yù)期為零。可以考慮此并且可替換的問(wèn)題可以定義為根據(jù)滿足的所有a值，即，具有不等于零的最少數(shù)目個(gè)ak1的a值來(lái)確定。尋找此問(wèn)題的解決方案可以使所有相關(guān)信息能夠從不完整的組合數(shù)據(jù)中提取。

此問(wèn)題可以使用稀疏近似技術(shù)解決，例如，通過(guò)添加初始項(xiàng)作為另外的正則項(xiàng)，該初始項(xiàng)捕獲大多數(shù)akl預(yù)期為零的直覺(jué)

根據(jù)以下確定與所測(cè)量結(jié)果與模型之間的最佳擬合對(duì)應(yīng)的最小化

由此從等式(12)和(13)確定e^c(a)和r^c(a)，并且λr通常是選自雷達(dá)系統(tǒng)100的特定實(shí)施方案的特征化的定值。例如，可以通過(guò)交叉驗(yàn)證選擇參數(shù)λr。λr的不同值嘗試用于不同數(shù)據(jù)并且使用最小化交叉驗(yàn)證誤差的一個(gè)值。零值對(duì)應(yīng)于原始非確定問(wèn)題。在測(cè)試某一小值期間，在通過(guò)交叉驗(yàn)證數(shù)據(jù)的測(cè)試的誤差開(kāi)始增加之前，最初使用例如0.0001并且隨后增加。

信號(hào)重構(gòu)器116可以實(shí)施等式9、10、11、12、13，該等式可以允許通過(guò)與使用多次發(fā)射實(shí)現(xiàn)的角分辨率類似的角分辨率來(lái)在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期內(nèi)確定物體的位置。應(yīng)了解，信號(hào)重構(gòu)器116可以例如通過(guò)在數(shù)字信號(hào)處理器或其它微處理器上可執(zhí)行的軟件實(shí)施，并且因此可以使用軟件實(shí)施在以上等式中描述的矩陣處理?？商鎿Q的是或另外，可以使用專用邏輯硬件實(shí)施信號(hào)重構(gòu)器116中的一些功能。

通過(guò)在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期內(nèi)確定物體的位置，與使用線性調(diào)頻脈沖通過(guò)發(fā)射天線中的每一個(gè)發(fā)射天線的依序發(fā)射相比，雷達(dá)系統(tǒng)100可以更大準(zhǔn)確度確定物體的運(yùn)動(dòng)。圖2d示出發(fā)射器組合變化相對(duì)于通過(guò)接收器的反射信號(hào)的樣本時(shí)間的時(shí)間標(biāo)度。時(shí)間表120示出間隔開(kāi)時(shí)間t/n的時(shí)間t1、t2和t3處的樣本點(diǎn)，其中t是線性調(diào)頻脈沖周期時(shí)間并且n是樣本數(shù)目。例如，t可以是值3毫秒，并且n例如可以是與t2-t1的差3微秒對(duì)應(yīng)的1024個(gè)樣本的值。在時(shí)間t1處，發(fā)射組合可以通過(guò)控制器112改變成組合cmn。在時(shí)間t2處，發(fā)射組合可以通過(guò)控制器112改變成組合cmn+1。在改變發(fā)射組合之后，先前組合信號(hào)反射將仍取決于物體距離在某一周期內(nèi)到達(dá)。在某一距離之后，信號(hào)將變得太弱而無(wú)法檢測(cè)到。例如，在100米的范圍內(nèi)，延遲變成2*100/c，即，大致0.6us。在先前組合反射變得太弱之后的周期中，應(yīng)在時(shí)間ts處獲取通過(guò)接收器108接收到的對(duì)應(yīng)樣本xmn，該周期例如可以是0.6微秒。在一些例子中，可以在與應(yīng)用新組合cmn+1相同的時(shí)間處，即在時(shí)間t2處獲取樣本xmn，因此ts＝t2。這樣為從前一發(fā)射組合cmn發(fā)射的有效信號(hào)提供最大可能檢測(cè)時(shí)間。在一些例子中，控制器可以控制發(fā)射器組合變化以及接收器采樣時(shí)間兩者的時(shí)間。

盡管上述分析適用于fmcw系統(tǒng)，但應(yīng)了解，在其它例子中，可以發(fā)射其它連續(xù)波，前提是所發(fā)射連續(xù)波的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于在雷達(dá)系統(tǒng)與待檢測(cè)物體之間的信號(hào)的飛行時(shí)間。

圖3示出具有3個(gè)發(fā)射器和1個(gè)接收器的雷達(dá)系統(tǒng)200的例子。例如可以產(chǎn)生掃頻信號(hào)的信號(hào)產(chǎn)生器204可以具有連接到可變?cè)鲆鎟f發(fā)射器放大器208a、208b、208c中的每一個(gè)的輸入端的信號(hào)產(chǎn)生器輸出端218，該可變?cè)鲆鎟f發(fā)射器放大器208a、208b、208c各自具有用于連接到相應(yīng)天線(未示出)的相應(yīng)輸出天線端210a、210b和210c。rf發(fā)射器放大器208a、208b、208c可以是功率放大器，該功率放大器取決于覆蓋的距離具有在500毫瓦至3瓦的范圍內(nèi)的功率輸出。可以使用邏輯硬件或硬件和軟件的組合實(shí)施的發(fā)射器控制器206可以經(jīng)由控制總線212連接到相應(yīng)放大器的增益控制輸入端。信號(hào)產(chǎn)生器的輸出端218還可以連接到接收器混頻器216的第一輸入端。接收器混頻器216的第二輸入端可以耦合到接收器放大器214的輸出端，該接收器放大器214具有用于連接到接收天線(未示出)的輸入端219。混頻器216的輸出端可以連接到信號(hào)重構(gòu)器202。在操作時(shí)，控制器206可以控制放大器208a、208b和208c的增益以輸出通過(guò)信號(hào)產(chǎn)生器204產(chǎn)生的掃頻信號(hào)的部分的變化組合。例如，增益可以對(duì)應(yīng)于極性/相關(guān)開(kāi)關(guān)在-1或+1之間切換?？商鎿Q的是或另外，增益可以對(duì)應(yīng)于打開(kāi)或關(guān)閉相應(yīng)放大器而在0與1之間切換。來(lái)自放大器208a、208b、208c的輸出信號(hào)可以經(jīng)由連接到放大器輸出端210a、210b和210c的相應(yīng)天線(未示出)發(fā)射。來(lái)自物體的反射信號(hào)可以經(jīng)由接收天線接收并且通過(guò)放大器214放大，該放大器214可以是低噪聲放大器。放大器214的輸出端與從信號(hào)產(chǎn)生器最初產(chǎn)生的信號(hào)混合，并且通過(guò)信號(hào)構(gòu)造器202接收所得輸出。信號(hào)構(gòu)造器202將所接收模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信號(hào)構(gòu)造器202可以通過(guò)將所測(cè)量樣本與來(lái)自模型的預(yù)期結(jié)果相比較來(lái)重構(gòu)信號(hào)，如先前使用等式9至13所說(shuō)明。從信號(hào)構(gòu)造器輸出的重構(gòu)后信號(hào)接著可以示出一個(gè)或多個(gè)峰值，該峰值指示相應(yīng)物體相對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)200的位置。

圖4a中示出在掃頻信號(hào)的發(fā)射期間雷達(dá)系統(tǒng)220的示例典型發(fā)射。在此例子中，在線性調(diào)頻脈沖周期t期間，每一持續(xù)時(shí)間dt存在6個(gè)樣本周期。正方形標(biāo)志228指示在特定樣本周期dt中來(lái)自第一放大器的輸出，圓230指示在特定樣本周期dt期間來(lái)自第二放大器的輸出并且三角形232指示在特定樣本周期dt期間來(lái)自第三放大器的輸出。在常規(guī)mimo系統(tǒng)中，掃頻信號(hào)分別在時(shí)間周期222、224和226期間經(jīng)由相應(yīng)天線依序從每個(gè)放大器發(fā)射，因此在此例子中，在3t的持續(xù)時(shí)間之后確定物體的位置。

圖4b中示出在掃頻信號(hào)的發(fā)射期間雷達(dá)系統(tǒng)200使用的天線輸出的組合240。在此例子中，每一持續(xù)時(shí)間dt的6樣本周期具有三個(gè)放大器的輸出的變化組合242。正方形標(biāo)志指示在特定樣本周期dt中來(lái)自第一放大器208a的輸出，圓指示在特定樣本周期dt期間來(lái)自第二放大器208b的輸出，并且三角形指示在特定樣本周期dt期間來(lái)自第三放大器208c的輸出。雷達(dá)系統(tǒng)200可以在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖時(shí)間周期t中通過(guò)與圖4a中所說(shuō)明的情況等效的角分辨率來(lái)重構(gòu)反射信號(hào)。

除了以上組合序列之外，應(yīng)了解，天線的其它組合也是可能的。在一般情況下，在每個(gè)樣本或測(cè)量周期(n)期間，每個(gè)天線(m)的放大器的增益可以表示為cmn。例如，放大器增益可以是-1與1之間的增益開(kāi)關(guān)或0與1之間的增益開(kāi)關(guān)。現(xiàn)在考慮每天線一個(gè)序列cmn(其中n＝1…n)并且表示為向量cm，則m個(gè)序列cm應(yīng)具有對(duì)于用于擴(kuò)頻通信中的良好序列典型的特性。假設(shè)所有天線同等重要，則序列可以具有以下特性中的一個(gè)或多個(gè)特性：

-每個(gè)序列cm的頻譜可以較寬且理想地平坦。例如，cm可以對(duì)應(yīng)于時(shí)間dt以t/n樣本時(shí)間間隔采樣，并且因此信號(hào)的頻譜可以具有在零與尼奎斯特頻率1/(2t/n)之間的頻率范圍的許多或所有部分中的能量。如果選擇所有序列包含頻譜的一部分，則全譜的重構(gòu)將是不可能的。如果序列中的一個(gè)序列不是寬頻譜，則將無(wú)法最佳地使用來(lái)自該天線的信息。

-序列的總功率應(yīng)該類似，即，在5％內(nèi)，以同等地使用來(lái)自所有天線的信息，即應(yīng)該平衡輸出。

-兩個(gè)不同天線的兩個(gè)序列之間的互相關(guān)性應(yīng)最小。例如，序列可以與零互相關(guān)值正交。

-合適序列產(chǎn)生器的一些例子是所謂的“金氏碼”或使用移位寄存器產(chǎn)生的偽噪聲。在其它例子中，可以使用其它擴(kuò)頻碼序列。

圖5a示出相對(duì)于在原點(diǎn)x＝0、y＝0處的示例fmcwmimo雷達(dá)系統(tǒng)變換到x、y二維位置的矩陣(a)250。x軸256在0與50m之間以米為單位變化。y軸254在-50米與+50米之間變化。此例子中的雷達(dá)系統(tǒng)是具有m＝8個(gè)發(fā)射器的雷達(dá)系統(tǒng)100的例子，每個(gè)發(fā)射器耦合到相應(yīng)天線并且1個(gè)接收器連接到相應(yīng)天線。對(duì)于每一個(gè)發(fā)射器，反射信號(hào)到達(dá)角度可以在-pi/3弧度至pi/3弧度的范圍中變化。z軸252示出通過(guò)接收器108檢測(cè)到的反射功率。在每個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期t期間獲取n＝256個(gè)樣本。在時(shí)間t/256之后，改變?cè)诰€性調(diào)頻脈沖期間使用的8個(gè)發(fā)射器的組合。

通過(guò)信號(hào)重構(gòu)器處理的結(jié)果示出在258、260和262處具有峰值的物體。

圖5b指示mimo系統(tǒng)通過(guò)來(lái)自8個(gè)天線的掃頻信號(hào)的常規(guī)依序發(fā)射的響應(yīng)250′。x軸256在0與50m之間變化。y軸254在-50米與+50米之間變化。此例子中的雷達(dá)系統(tǒng)具有耦合到相應(yīng)天線的m＝8個(gè)發(fā)射器以及連接到相應(yīng)天線的1個(gè)接收器。對(duì)于每一個(gè)發(fā)射器，反射信號(hào)到達(dá)角度可以在-pi/3弧度至pi/3弧度的范圍中變化。z軸252示出通過(guò)接收器108檢測(cè)到的反射功率。在每個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期t期間獲取n＝256個(gè)樣本。單個(gè)發(fā)射器用于每個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期t，并且因此矩陣250′中所示的響應(yīng)表示在時(shí)間8t之后的結(jié)果。使用常規(guī)2d傅里葉變換的處理的結(jié)果示出在258′、260′和262′處具有峰值的物體。

可以從圖形250和250′的峰值的比較中看出，在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖期間發(fā)射樣本的組合的雷達(dá)系統(tǒng)100正確地檢測(cè)物體位置并且與具有250′中所示響應(yīng)的雷達(dá)系統(tǒng)相比花費(fèi)更少時(shí)間。雷達(dá)系統(tǒng)100可以檢測(cè)與典型mimo雷達(dá)具有相同角分辨率的物體。由于僅使用用于檢測(cè)的單個(gè)線性調(diào)頻脈沖，因此峰值低于250′，因?yàn)楦倌芰坑糜诎l(fā)射，但檢測(cè)速度更快。如果增加發(fā)射能量，則峰值將變高。

圖6示出具有發(fā)射器模塊340的雷達(dá)系統(tǒng)300，該發(fā)射器模塊340包括三個(gè)發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器包括晶體管304a、304b、304c和相應(yīng)放大器306a、306b、306c的串聯(lián)布置。rf放大器306a、306b和306b中的每一個(gè)rf放大器的輸出端連接到相應(yīng)天線308a、308b和308c。發(fā)射器控制器302可以具有三個(gè)控制輸出端，每個(gè)控制輸出端連接到晶體管304a、304b和304c的相應(yīng)柵極。發(fā)射器控制器302可以連接到信號(hào)產(chǎn)生器332。信號(hào)產(chǎn)生器332的輸出端334可以連接到晶體管304a、304b和304c中的每一個(gè)晶體管。信號(hào)產(chǎn)生器332的輸出端334可以連接到相應(yīng)接收器鏈中的混頻器314a、314b中的每一個(gè)混頻器。雷達(dá)系統(tǒng)300包括兩個(gè)接收器鏈。每個(gè)接收器鏈由天線310a、310b；放大器312a、312b；混頻器314a、314b；抗混疊濾波器316a、316b；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器318a、318b；和采樣率轉(zhuǎn)換器320a、320b的串聯(lián)布置組成。來(lái)自采樣率轉(zhuǎn)換器320a、320b中的每一個(gè)采樣率轉(zhuǎn)換器的輸出端可以連接到數(shù)字信號(hào)處理器322。數(shù)字信號(hào)處理器322可以連接到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器328和程序存儲(chǔ)器326。數(shù)字信號(hào)處理器322可以連接到系統(tǒng)接口324。系統(tǒng)接口可以具有用于例如與主機(jī)處理器(未示出)通信的接口總線。程序存儲(chǔ)器326可以存儲(chǔ)用于根據(jù)等式9至13執(zhí)行信號(hào)重構(gòu)的程序。數(shù)字信號(hào)處理器322與存儲(chǔ)于程序存儲(chǔ)器326中的信號(hào)重構(gòu)軟件結(jié)合可以實(shí)施信號(hào)重構(gòu)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器328可以部分用于存儲(chǔ)范圍值矩陣180。

應(yīng)了解，發(fā)射器控制器302可以使用數(shù)字邏輯或數(shù)字邏輯和在微處理器(例如，數(shù)字信號(hào)處理器)上運(yùn)行的軟件的組合實(shí)施。信號(hào)產(chǎn)生器332可以實(shí)施為數(shù)字和模擬電路的組合以產(chǎn)生模擬掃頻信號(hào)。信號(hào)產(chǎn)生器332還可以至少部分地實(shí)施于在微處理器上可執(zhí)行的軟件中。掃頻信號(hào)可以具有在1ghz與100ghz之間的頻率范圍。掃頻信號(hào)的頻率掃描可以包括在1ghz與100ghz之間的所有頻率或該范圍的一部分。對(duì)于汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用，通?？梢允褂迷?7ghz與81ghz之間的頻率，然而應(yīng)了解，其它示例雷達(dá)系統(tǒng)可以使用其它頻率范圍。

在雷達(dá)系統(tǒng)300的操作中，發(fā)射控制器302可以使信號(hào)產(chǎn)生器332能夠在輸出端334上產(chǎn)生掃頻信號(hào)。發(fā)射控制器302可以在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期t期間控制用于特定樣本周期中的發(fā)射天線308a、308b、308c的組合。兩個(gè)相應(yīng)接收鏈中的每一個(gè)接收鏈可以經(jīng)由天線310a和310b接收反射掃頻信號(hào)。在通過(guò)相應(yīng)混頻器314a和314b混合之后，解調(diào)波形可以具有大致40mhz的頻率。此相對(duì)較低頻率信號(hào)包含深度或距離信息，并且從相應(yīng)發(fā)射器天線308a、308b、308c中的每一個(gè)發(fā)射器天線發(fā)射的信號(hào)之間的相位差指示反射信號(hào)的到達(dá)角度。另外，由第一和第二接收器鏈接收到的信號(hào)之間的相位差還可以指示到達(dá)角度。信號(hào)重構(gòu)器330可以處理來(lái)自兩個(gè)接收器鏈的信號(hào)并且根據(jù)如先前所描述的等式9至13在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期內(nèi)確定物體的位置。信號(hào)重構(gòu)器330可以將根據(jù)等式9至13的處理與根據(jù)等式1至8的標(biāo)準(zhǔn)虛擬天線處理組合以有效地加倍在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖的時(shí)間周期內(nèi)的角分辨率。雷達(dá)系統(tǒng)300中的一些或全部元件可以并入到cmos集成電路中。

對(duì)于相距距離δr的另外接收天線，由于角度產(chǎn)生的另外延遲可以近似為對(duì)于r個(gè)接收天線，可以類似于等式2和3產(chǎn)生模型。隨后針對(duì)所有接收信號(hào)完成模型擬合并且變成：

其余的信號(hào)重構(gòu)與先前所描述相同。

圖7示出具有發(fā)射器模塊440的雷達(dá)系統(tǒng)400，該發(fā)射器模塊440包括三個(gè)發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器包括晶體管404a、404b、404c和相應(yīng)放大器406a、406b、406c的串聯(lián)布置。放大器406a、406b和406b中的每一個(gè)放大器的輸出端連接到相應(yīng)天線408a、408b、408c。天線408a、408b和408c連接到天線開(kāi)關(guān)模塊442。天線開(kāi)關(guān)模塊442經(jīng)由在圖7上用字母a表示的控制輸出端連接到控制器。發(fā)射控制器402可以具有三個(gè)另外的控制輸出端，每個(gè)控制輸出端連接到晶體管404a、404b和404c的相應(yīng)柵極。發(fā)射控制器402可以連接到信號(hào)產(chǎn)生器432。信號(hào)產(chǎn)生器432的輸出端434可以連接到晶體管404a、404b和404c中的每一個(gè)晶體管。信號(hào)產(chǎn)生器432的輸出端434可以連接到接收器鏈中的混頻器414。雷達(dá)系統(tǒng)400包括一個(gè)接收器鏈，該接收器鏈包括放大器412；混頻器414；抗混疊濾波器416；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器418和采樣率轉(zhuǎn)換器420的串聯(lián)布置。來(lái)自天線開(kāi)關(guān)模塊424的輸出端可以連接到放大器412的輸入端。來(lái)自采樣率轉(zhuǎn)換器420的輸出端可以連接到數(shù)字信號(hào)處理器422。數(shù)字信號(hào)處理器422可以連接到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器428和程序存儲(chǔ)器426。數(shù)字信號(hào)處理器422可以連接到系統(tǒng)接口424。系統(tǒng)接口424可以具有用于例如與主機(jī)處理器(未示出)通信的接口總線。程序存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)用于根據(jù)等式9至13執(zhí)行信號(hào)重構(gòu)的程序。數(shù)字信號(hào)處理器422與存儲(chǔ)于程序存儲(chǔ)器426中的信號(hào)重構(gòu)軟件結(jié)合可以實(shí)施信號(hào)重構(gòu)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器428可以部分用于存儲(chǔ)范圍值矩陣180。

應(yīng)了解，發(fā)射控制器402可以使用數(shù)字邏輯或數(shù)字邏輯和在微處理器(例如，數(shù)字信號(hào)處理器)上運(yùn)行的軟件的組合實(shí)施。信號(hào)產(chǎn)生器432可以實(shí)施為數(shù)字和模擬電路的組合以產(chǎn)生模擬掃頻信號(hào)。信號(hào)產(chǎn)生器332還可以至少部分地實(shí)施于在微處理器上可執(zhí)行的軟件中。掃頻信號(hào)可以具有在1ghz與100ghz之間的頻率范圍。掃頻信號(hào)的頻率掃描可以包括在1ghz與79ghz之間的所有頻率或該范圍的一部分。對(duì)于汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用，通?？梢允褂迷?7ghz與81ghz之間的頻率，然而應(yīng)了解，其它示例雷達(dá)系統(tǒng)可以使用其它頻率范圍。

在雷達(dá)系統(tǒng)400的操作中，發(fā)射控制器402可以使信號(hào)產(chǎn)生器432能夠在輸出端434上產(chǎn)生掃頻信號(hào)。發(fā)射控制器402可以在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期t期間控制用于特定樣本周期中的發(fā)射天線408a、408b、408c的組合。發(fā)射控制器可以控制天線開(kāi)關(guān)模塊442以在不用于發(fā)射時(shí)使用發(fā)射天線408a、408b和408c的組合進(jìn)行接收。兩個(gè)相應(yīng)接收鏈中的每一個(gè)可以經(jīng)由天線408a、408b和408c中的一個(gè)或多個(gè)天線接收反射掃頻信號(hào)。在通過(guò)相應(yīng)混頻器414a和414b混合之后，解調(diào)波形可以具有相對(duì)較低的頻率，例如，大致40mhz的頻率。此相對(duì)較低頻率信號(hào)通常包含深度或距離信息，并且從相應(yīng)發(fā)射器天線408a、408b、408c中的每一個(gè)發(fā)射器天線發(fā)射的信號(hào)之間的相位差指示反射信號(hào)的到達(dá)角度。信號(hào)重構(gòu)器430可以處理來(lái)自接收器鏈的信號(hào)并且根據(jù)如先前所描述的等式9至13在單個(gè)線性調(diào)頻脈沖周期內(nèi)確定物體的位置。

圖8示出在具有多個(gè)發(fā)射器和至少一個(gè)接收器的雷達(dá)系統(tǒng)中確定物體500的位置的方法。在步驟502中，可以發(fā)射雷達(dá)信號(hào)，例如，具有時(shí)間周期t的掃頻信號(hào)。時(shí)間周期t可以由t/n子周期或樣本周期組成，并且在這些樣本周期中的每一個(gè)樣本周期中，天線的變化組合可以用于發(fā)射信號(hào)。相鄰樣本周期可以使用天線的不同組合。

在步驟504中，可以根據(jù)由接收器接收到的反射信號(hào)的模型確定距離和到達(dá)角度的每個(gè)值的預(yù)期值。預(yù)期值可以表示為距離值矩陣。如將了解，每個(gè)矩陣元素的值可以存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中以避免重新計(jì)算每個(gè)元素的預(yù)期值。在步驟506中，對(duì)于具有持續(xù)時(shí)間t/n的n個(gè)樣本周期中的每一個(gè)樣本周期，反射信號(hào)可以與矩陣元素中的預(yù)期值比較。在步驟508中，確定所測(cè)量信號(hào)值與預(yù)期值之間的誤差。在步驟510中，可以對(duì)誤差項(xiàng)施加限制，該誤差項(xiàng)假設(shè)大部分矩陣元素為零。例如，這可以是等式9至13中描述的正則化函數(shù)。

在步驟512中，可以確定受限誤差是最小值的矩陣元素，并且可以確定那些矩陣元素的反射信號(hào)的振幅。

在步驟514中，可以根據(jù)一個(gè)或多個(gè)峰值確定一個(gè)或多個(gè)物體的位置，該一個(gè)或多個(gè)峰值根據(jù)矩陣元素值相對(duì)于其相鄰矩陣元素的比較來(lái)確定。這可以視為指示物體的位置的局部峰值。如將了解，雷達(dá)系統(tǒng)可以檢測(cè)從多個(gè)物體的多個(gè)反射。

方法500允許使用單個(gè)掃頻信號(hào)周期t在具有m個(gè)發(fā)射天線的雷達(dá)系統(tǒng)中確定物體的位置，與典型系統(tǒng)中的mn個(gè)測(cè)量相比，該單個(gè)掃頻信號(hào)周期t具有帶有n個(gè)測(cè)量的n個(gè)樣本時(shí)間周期t/n。實(shí)施方法500的mimo系統(tǒng)可以減少物體檢測(cè)時(shí)間并且因此可以檢測(cè)更快移動(dòng)的物體。

描述一種用于機(jī)動(dòng)車的雷達(dá)系統(tǒng)，該雷達(dá)系統(tǒng)包括用于發(fā)射雷達(dá)信號(hào)的多個(gè)(m個(gè))發(fā)射器、用于接收通過(guò)物體反射的所發(fā)射雷達(dá)信號(hào)的接收器，耦合到接收器的信號(hào)重構(gòu)器。每個(gè)發(fā)射器被配置成在時(shí)間周期t期間發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的至少一部分，該時(shí)間周期t具有持續(xù)時(shí)間t/n的n個(gè)樣本時(shí)間周期，并且在n個(gè)樣本時(shí)間周期中的每一個(gè)樣本時(shí)間周期中，發(fā)射器中的至少一些發(fā)射器的組合發(fā)射。信號(hào)重構(gòu)器被配置成根據(jù)所接收調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的n個(gè)測(cè)量確定物體相對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)的坐標(biāo)，對(duì)于t/n的時(shí)間周期進(jìn)行n個(gè)測(cè)量中的每一個(gè)測(cè)量。雷達(dá)系統(tǒng)可以減少物體的檢測(cè)時(shí)間，同時(shí)保持角分辨率。

盡管所附權(quán)利要求書(shū)是針對(duì)特征的特定組合，但應(yīng)理解，本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的范圍還包括本文中明確地或隱含地公開(kāi)的任何新穎特征或任何新穎特征組合或其任何一般化形式，而無(wú)論其是否涉及與當(dāng)前在任何權(quán)利要求中要求的相同的發(fā)明或其是否緩解與本發(fā)明所緩解的任一或全部技術(shù)問(wèn)題相同的技術(shù)問(wèn)題。

在單獨(dú)實(shí)施例的上下文中描述的特征也可以組合地提供于單個(gè)實(shí)施例中。相反，為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在單個(gè)實(shí)施例的上下文中描述的多種特征也可以分開(kāi)提供或以任何合適的子組合形式提供。

申請(qǐng)人特此提醒，在審查本申請(qǐng)案或由此衍生的任何另外的申請(qǐng)案期間，可以針對(duì)此類特征和/或此類特征的組合而制定新的權(quán)利要求。

為完整性起見(jiàn)，還規(guī)定術(shù)語(yǔ)“包括”不排除其它元件或步驟，術(shù)語(yǔ)“一”不排除多個(gè)，單個(gè)處理器或其它單元可以滿足在權(quán)利要求中所述的若干構(gòu)件的功能，且權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求的范圍。