CN102419438B - 利用跳频实现高度扫描的微波系统 - Google Patents

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Abstract

与具有被配置为扫描水平方向的辐射器阵列的微波天线共同使用的、用于扫描垂直方向的方法。在第一微波频率发送具有第一带宽的第一FMCW微波信号，如果存在回波，用辐射器阵列接收。在不同的中心频率发送具有第二带宽的第二FMCW微波信号，如果存在回波，用辐射器阵列接收。不同的频率导致接收到的信号的高度偏移。收到的回波随后被处理以识别导致回波的一个或多个物体的一个或多个位置，并将该一个或多个位置发送给用户。

Description

利用跳频实现高度扫描的微波系统
技术领域
本发明涉及一种在汽车中使用的那种类型的微波系统，其通过跳频实现高度扫描。
背景技术
使用毫米范围的无线电波的微波系统已被分配了某些频率供汽车使用。例如，约76.5千兆赫-80千兆赫的频带范围被多个国家分配供汽车使用。分配的带宽因国家而不同。
很多汽车系统利用具有辐射器阵列作为天线的FMCW微波系统。辐射器阵列的不同单元通过各个单元在辐射器阵列中的相移在水平方向上扫描。
以前，这些FMCW汽车雷达系统利用一个固定频率的FMCW信号，并在一个固定带宽进行频率调制扫描。尽管这样足够提供天线的水平扫描，但之前没有尝试过提供高度扫描，即在垂直方向上的扫描。尽管这种高度扫描可以实现，例如通过机械地倾斜天线辐射器阵列，但是这样做的成本过高，而只有相对很小的益处。因此，这些已知的汽车雷达系统没有提供任何高度扫描。
发明内容
本发明提供一种具有高度扫描的FMCW汽车雷达系统，其可以克服以前已知的系统的上述缺点。
与以前已知的FMCW汽车雷达系统一样，本发明的汽车雷达系统利用相对于车辆定位的传统的天线辐射器阵列。在传统方式中，天线阵列通过天线辐射器阵列的相移在水平方向上扫描。
然而，与以前已知的FMCW汽车雷达系统不同，本发明的方法使用跳频在政府分配的带宽中以不同的中心频率发送FMCW信号。更具体地，在本发明中，发送具有第一带宽和具有第一微波中心频率的第一FMCW信号。，如果有来自第一微波信号的回波，则被辐射器阵列接收。然后，发送具有第二较高微波中心频率并具有第二带宽的第二FMCW微波信号。虽然第一和第二带宽可能在大小上相同，但第一和第二中心频率被充分地间隔开以使第一和第二带宽不相互重叠。
接着，如果有第二微波信号的回波，则被天线辐射器阵列接收。这些一个或多个回波接着被处理以识别导致回波的一个或多个物体的一个或多个位置，然后将此信息发送给用户。然后不断重复上述步骤。
因为天线辐射器阵列是固定的，所以第二FMCW信号自动提供由于辐射器阵列的相移而产生的在高度上向上的偏移。
本发明需要用于FMCW微波信号的至少两个不同的中心频率。但是，在不超出本发明的范围的情况下，可以使用三个或甚至更多具有不同中心频率的微波信号。
附图说明
参照相应附图阅读接下来的详细说明将会更好的理解本发明，其中，多个附图中的相同部件用相同的附图标记指示，其中：
图1是指示本发明一个优选实施例的示意框图。
图2是指示辐射器天线阵列的平面示意图。
图3是指示不同频率的信号通过雷达天线阵列的传播的示意图。
图4是指示不同频率的垂直波束倾斜的图。
图5是相对于频率的波束倾斜的图。
图6是指示本发明操作的示意图。
具体实施方式
首先参考图1，示出了示例本发明系统的简化示意框图。系统20包括微波发射机22，其通过其天线24发送频率调制的CW信号。发射机22发送的微波信号在毫米波长范围内，例如，76千兆赫-80千兆赫。
此外，发射机22通过其天线24在至少两个不同的中心频率F1和F2发射FMCW信号。可用多路复用器26在中心频率F1和F2中选择，并且FMCW信号交替和反复地发送两个信号F1和F2。在传统方式中，每个中心频率是通过斜坡或其他波形进行频率调制的。
在已知方式中，物体28导致发送的微波信号反射回辐射器阵列30。示范性的辐射器阵列30示例在图2中，其包括安装在阵列中的多个辐射器32，并且适合于通过辐射器32的相移在水平位置扫描。这样的确定导致回波返回到辐射器阵列30的物体的水平位置的相移对于本领域技术人员来说是公知的。
辐射器阵列30的输出接着被耦合到处理器34(图1)，处理器34还从发射机22接收到代表频率F1或F2的信号。在接下来将要更详细介绍的方式中，处理器34不仅确定物体28的水平位置，还确定物体28或29的高度，并通过显示器36将处理结果发送给用户。上述过程不断反复重复。
现在参考图3，示出了包括辐射器32的天线阵列30的非常小的一部分以及发射机22发送的频率F1和F2的微波信号的回波的传播。由于辐射器32的尺寸固定，并且微波中心频率F1和F2在频率上彼此不同，因此频率F1和F2通过天线辐射器32的传播相对彼此有偏移，所以与频率F2相比，频率F1相对于每个辐射器32的波长的位置有些不同。
相移的不同导致波束在垂直或高度方向倾斜。该波束倾斜以频率F1的波束倾斜图案40和频率F2的波束倾斜图案42显示在图3中。
该波束倾斜或许参考图4可以更好地示例。在图4中，横跨整个微波频带76.5千兆赫-80千兆赫，分布有三个不同的频率，F1、F2和F3。每个频率F1、F2和F3的中心频率被选择为以使三个频率F1、F2和F3中每个的FMCW信号产生的带宽互相不重叠。此外，应理解图4中示例的三个频率只是范例，也可在不超出本发明的范围和宗旨的情况下利用两个不同频率，或四个或更多频率。
继续参照图4，不同频率的高度频带倾斜(elevational band tilt)显示为频率F1的传播波形40、频率F2的传播图案42以及频率F3的传播图案44。从每个图案40、42和44附近的标度明确可见，频率F1的波束倾斜接近75度，对于图案42上升到78度，对于图案44进一步上升到约81度。
对于固定的天线辐射器阵列，相对于中心频率的的波束倾斜示于图5中。在76.5千兆赫，倾斜约为9.4度，并且在80千兆赫减小到约3度。因此，可通过在76.5千兆赫-80千兆赫的频带内仅改变FMCW频率的中心频率来获得刚好6度以上的高度偏移。不同微波带宽产生不同的高度的偏移。
现在参考图6，示出了利用根据本发明的垂直扫描的优点，其中，车辆50利用本发明的系统追踪到小汽车52以及小汽车52前方的货车54。来自车辆50的雷达系统的较低高度的波束发射可以检测到小汽车52，而箭头56指示的较高波束能越过小汽车52检测到货车54。这样的信息，例如，在夜间驾驶条件下尤其有用，在夜间驾驶条件下货车54对于汽车50来说可能不可见。
从前述可见，本发明提供一个非常简单的用于汽车雷达系统的高度或垂直扫描的系统和方法。如上介绍了本发明，但是在不偏离如从属权利要求的范围限定的本发明宗旨的情况下，很多对于本领域技术人员来说许多修改将变得显而易见。

Claims (6)

1.一种用于与具有被配置为在水平方向上扫描的辐射器阵列的微波天线相结合使用的、用于在垂直方向上扫描的方法，该方法包括以下步骤：
a)发送在第一微波中心频率处具有第一带宽的第一FMCW微波信号，
b)如果有所述第一微波信号的回波，在辐射器阵列上接收该回波，
c)此后发送在第二微波中心频率处具有第二带宽的第二FMCW微波信号，其中所述第二FMCW微波信号是所述第一FMCW微波信号的下一相邻信号，所述第一和第二中心频率的频率被间隔开，间隔的频率大于所述第一带宽且大于所述第二带宽，
d)如果存在所述第二微波信号的回波，则在辐射器阵列上接收该回波，
e)处理接收到的这样的一个或多个回波以识别引起该一个或多个回波的一个或多个物体的一个或多个位置，并将该一个或多个位置传送给用户，并且重复步骤a)-e)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二带宽相互不交叠。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二中心频率在76GHz和80GHz之间。
4.一种用于与具有被配置为在水平方向上扫描的辐射器阵列的微波天线相结合使用的、用于在垂直方向上扫描的系统，该系统包括：
a)发射机，发送在第一微波中心频率处具有第一带宽的第一FMCW微波信号，
b)接收机，如果有所述第一微波信号的回波，则在辐射器阵列上接收该回波，
c)所述发射机随后发送在第二微波中心频率处具有第二带宽的第二FMCW微波信号，其中所述第二FMCW微波信号是所述第一FMCW微波信号的下一相邻信号，所述第一和第二中心频率的频率被间隔开，间隔的频率大于所述第一带宽且大于所述第二带宽，
d)如果存在第二微波信号的回波，则所述接收机随后在辐射器阵列上接收该回波，
e)处理器，处理接收到的这样的一个或多个回波以识别引起所述一个或多个回波的一个或多个物体的一个或多个位置，并将该一个或多个位置传送给用户，并且
重复步骤a)-e)。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述第一和第二带宽相互不交叠。
6.如权利要求4所述的系统，其中所述第一和第二中心频率在76GHz和80GHz之间。
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