CN103901406A - 雷达接收机及其雷达检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种雷达接收机及其雷达检测方法。本发明涉及的包括多个阵列通道的雷达接收机的雷达检测方法，其实施步骤包括：计算旨在生成抑制旁瓣的第一波束模式的第一参数和生成有意生成所述旁瓣的第二波束模式的第二参数；对于各阵列通道接收的接收信号应用所述第一参数，为与所述第一波束模式对应而算出波束成形的第一信号；对于所述各阵列通道接收的接收信号应用所述第二参数，为与所述第二波束模式对应而算出波束模式成形的第二信号；以及从所述第二信号消除所述第一信号和所述第二信号的共模分量。本发明即使不使用波束模式的宽度宽的阵列天线也可以扩展阵列检测区域，不需使用放大器和接收通道而减少系统重量，且节省应用和生产成本。

Description

雷达接收机及其雷达检测方法
技术领域
 本发明涉及雷达接收机，具体是可以清除旁瓣和主瓣之间模糊性的雷达接收机及其雷达检测方法。
背景技术
一般，阵列雷达是在从来自辐射模式（Radiation pattern）的旁瓣（Sidelobe）的信号和来自主瓣（Mainlobe）的信号之间发生模糊性。所述的雷达接收信号之间的模糊性有可能导致雷达检测的性能低下。
因此，若想获得在主瓣（Mainlobe）到达的信号，需抑制（reduction, suppression）旁瓣。
传统的雷达是抑制天线的旁瓣而消除主瓣接收的信号和旁瓣接收的信号之间的模糊性。
近来，从检测角度应用于车辆雷达的技术采用的是电子扫描方式而非机械扫描方式。
机械扫描是利用致动器改变天线位置进行扫描，而电子扫描则利用阵列天线中合成的波束扫描多个方向。
电子扫描是合成阵列天线的波束时与传统的雷达接收机同样，也是被设计得最大限度地抑制旁瓣（栅瓣，Grating lobe）。主瓣还可以根据栅瓣的大小转换成旁瓣，而传统的雷达接收机就是利用这一点抑制旁瓣。
阵列天线的波束合成时一般采用变更电源分配曲线（Powerdistributionprofile）在空间上实施开窗术（Powerdistributionprofile）的方法以及改变阵列天线的元素天线间隔（Spatial sampling 间隔）防止部分噪声（Spatial aliasing）等方法抑制旁瓣。
用上述两种方法不能抑制栅瓣时将全体波束转向角度限定在不能栅瓣的区域，作为雷达的检测区域使用。就是说，传统的阵列雷达是根据抑制旁瓣发生的波束的可生成区域限制检测区域。
发明内容
技术问题
本发明是在所述技术背景下进行创造，其目的在于提供一种利用有意生成、抑制旁瓣的波束模式扩大雷达检测区域的雷达接收机及其雷达检测方法。
技术方案
本发明一方面涉及的包括多个阵列通道的雷达接收机的雷达检测方法，其实施步骤包括：计算旨在生成抑制旁瓣的第一波束模式的第一参数和生成有意生成所述旁瓣的第二波束模式的第二参数；对于各阵列通道接收的接收信号应用所述第一参数，为与所述第一波束模式对应而算出波束成形的第一信号；对于所述各阵列通道接收的接收信号应用所述第二参数，为与所述第二波束模式对应而算出波束模式成形的第二信号；以及从所述第二信号消除所述第一信号和所述第二信号的共模分量的消除步骤。
本发明另一方面涉及的雷达接收机包括：多个天线，分别接收信号；多个接收模块，将所述多个天线分别接收的信号各自进行下变频；多个模拟数字变换器，将各个所述下变频的所述信号变换为各个数字；波束成形处理器，第一数字波束成形而使数字化变换的所述信号与抑制旁瓣的第一波束模式对应，第二数字波束成形成而使所述数字化变换的信号与生成旁瓣的第二波束模式对应，然后从所述第二数字波束成形的结果截获所述第一数字波束成形结果，从而掌握位于所述旁瓣的目标物。
有益效果
根据本发明，利用软件处理波束成形而提升控制的便利性，共享传统雷达接收机的一部分而使系统实现和应用更加容易。
根据本发明的实施例，不使用波束模式宽度宽的阵列天线也可以扩大阵列检测区域而不需再使用放大器和接收通道，进而减少系统重量和节省应用及生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例的阵列雷达接收机的结构示意图；
图2a和图2b是模拟阵列雷达接收器的结构示意图；
图3是参数和波束模式的相互关系的示意图；
图4a是根据本发明的实施例抑制旁瓣的第一波束模式（CASE#1）示意图；
图4b是根据本发明的实施例有意生成旁瓣的第二波束模式（CASE#2）示意图；
图5是根据本发明实施例的雷达检测方法的流程示意图；
图6a至6c是根据本发明实施例的雷达检测方法波束成形的信号在频域中的图解示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本说明书中的单数形式，在文句中没有特别提示的前提下，也包含复数形式。说明书中使用的“包括（comprises）”或者“包括的(comprising)”不排除所涉及的构件、步骤、动作以及/或元件以外的一个以上的其它构件、步骤、动作以及/或元件的存在或者补充。
本发明实施例的阵列雷达是有意生成及抑制天线的旁瓣，消除主瓣和旁瓣之间的模糊性而检测出阵列天线波束模式的旁瓣内目标物。根据所述方式，本发明的实施例是可以检测出因栅瓣发生而被限制的阵列雷达FoV(Field of View)之外的目标物。
下面结合附图对本发明实施例详细进行描述。
图1是本发明实施例的阵列雷达接收器的结构示意图，图2a和图2b是与图1的阵列雷达接收机等效的模拟阵列雷达接收机结构示意图。
如图1所示，本发明实施例的阵列雷达接收机10包括阵列天线（Ant）、多个接收机（Receiver#1~#N）、多个模拟数字转换器（A/D）以及波束成形处理器（MCU）。
各接收机（Receiver）是放大阵列天线（Ant）的各阵列元素（各天线）接收的接收信号，向基带下跳频。
各模拟数字转换器（A/D）是将模拟信号即基带的接收信号转换成数字。
波束成形处理器（MCU）是调节各转换数字的接收信号的振幅和相位偏差调节阵列天线（Ant）的波束模式（有效电磁波区域）。
如图2a和图2b所示，模拟阵列雷达接收机10是利用放大器调节各阵列通道的接收信号幅度的加权值（A1至An），补偿被移相器（Phase Shifter）放大的接收信号的相位偏差。图2a的移相器与图2b的混合器（Mix）、电压控制振荡器（VCO）、频率生成器（Chirp Generator）对应，放大器与图2b的HPA(High Power Amplifier)对应。
图1的数字阵列雷达接收机10的驱动原理与图2a和图2b的模拟阵列雷达接收机一致或类似，但比起使用硬件的模拟阵列雷达接收机，其波束成形（Beamforming）自由度高。因此，根据本发明实施例的阵列雷达接收机与传统的模拟排列雷达接收机相比更容易实现。
<<波束成形参数获得方法>>
下面根据图3对本发明实施例的波束成形的参数获得方法进行说明。图3是本发明实施例的阵列天线参数和阵列天线波束模式之间相互关系的示意图。
阵列天线的波束模式是根据影响波束形状的各阵列元素之间间隔（Element Spacing）、阵列元素类别功率分别以及对波束控制产生影响的各阵列元素的相位偏差等参数决定。
阵列天线的波束模式是将上述参数代入下述数学式1进行分析。
【数学式1】
Figure 2013103103147100002DEST_PATH_IMAGE002
an : 调节波束模式的形状的幅度加权值
sn : 各阵列通道接收的信号
d : 排列元素之间间隔
θ0 : 最大波束方向 (Beam Steering角度)
θ : 雷达可接收的感兴趣区域
N : 阵列通道的个数。
如图3所示，就像波束模式从参数得以分析（Analysis），生成天线的波束模式的参数是随着波束模式的综合（Synthesis）而算出。
旨在波束调整（Steering）的波束成形是如数学式1可以部分快速傅立叶变换（Spatial FFT）来表达，用于所需波束成形的参数是利用部分快速傅立叶逆变换算出，或者利用遗传算法（Genetic algorithm）等参数优化算法算出。
<<阵列天线的波束模式>>
下面结合图4a和4b对本发明实施例的波束模式进行说明。
图4a是根据本发明实施例抑制旁瓣的第一波束模式（CASE#1）示意图，图4b是根据本发明实施例有意生成旁瓣的第二波束模式（CASE#2）示意图。图4a和图4b是利用使用FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)波形的具有四个接收阵列天线的数字波束成形雷达接收机生成的波束模式。
第一波束模式是旨在盲点探测（Blind Spot Detection）功能的波束模式，第一目标物（〔1〕）是盲点探测功能的探测区域内目标物。
第二波束模式是旨在变道辅助（Lane Change Assist）功能的波束模式，第二目标物（〔2〕）是变道辅助功能的探测区域内目标物。
<< 本发明实施例的算法>>
下面结合图5、图6a至图6c对本发明实施例的雷达探测方法进行说明。
图5是本发明实施例的雷达探测方法的流程示意图，图6a至图6c是根据本发明实施例的雷达探测方法波束成形的信号在频域中的图解示意图。
根据图5，波束成形处理器（MCU）是通过模式分析算出抑制旁瓣的旨在生成第一波束模式（CASE#1）的第一参数，以及有意生成旁瓣的旨在生成第二波束模式（CASE#2）的第二参数（步骤S510）。
其中，第一参数是第一幅度加权值am（阵列元素有4个am=[am1, am2, am3, am4]），第一阵列元素间间隔为dm，第二参数是第二幅度加权值as（排列元素4个as=as1, as2, as3, as4），第二排列元素之间间隔是as。此时因共享接收阵列天线，为满足ds=ndm(n是整数)的条件设置第一和第二参数。
波束成形处理器（MCU）是对各阵列通道接收的接收信号s1, s2, s3, s4上应用第一参数，为与第一波束模式对应，算出数字波束成形的第一信号（步骤S520）。此时，波束成形处理器（MCU）是将各阵列通道接收的接收信号和第一参数代入所述数学式1而算出第一信号。
波束成形处理器（MCU）是对各阵列通道接收的接收信号s1, s2, s3, s4应用第二参数，为与第二波束模式对应，算出数字波束成形的第二信号（步骤S530）。此时，波束成形处理器（MCU）是将各阵列通道接收的接收信号和第二参数代入所述数学式1而算出第二信号。
从频域上对第一信号和第二信号进行观察的话，第一信号如图6a，第二信号如图6b。fb_tgt1是因第一目标物的振荡频率，fb_tgt2是因第二目标物的第二振荡频率。
因波束成形处理器（MCU）的第一波束模式和第二波束模式的转换不管第一目标物和第二目标物的移动速度快速转换时，第一波束模式接收的第一信号fb_tgt2和第二波束模式接收的第二信号的fb_tgt2相同。
波束成形处理器（MCU）检测第一和第二信号之间的共同成分（即fb_tgt2）（步骤S540）。
波束成形处理器（MCU）是从第二信号消除第一和第一信号之间的共模分量（步骤S550）。结果信号是fb_tgt1，如图6c，是位于有意生成的旁瓣的第一目标物的振荡频率。
波束成形处理器（MCU）是利用结果信号确认第一目标物位于旁瓣，算出与第一目标物的距离以及速度（步骤S560）。
另外，波束成形处理器（MCU）是可以从第一信号截获第二信号获得结果信号，以取代（步骤S540）和（步骤S550）步骤。
如上所述，本发明实施例是从软件上处理波束成形而提升便利性，共享传统的雷达接收机的一部分而易于系统的实现和应用。
本发明的实施例是即使不使用波束模式的宽度宽的阵列天线也可以扩展阵列检测区域，不需使用放大器和接收通道而减少系统重量，且节省应用和生产成本。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种雷达检测方法，作为包括多个阵列通道的雷达接收机的雷达探测方法，其实施步骤包括：
计算旨在生成抑制旁瓣的第一波束模式的第一参数和生成有意生成所述旁瓣的第二波束模式的第二参数；
对于各阵列通道接收的接收信号应用所述第一参数，为与所述第一波束模式对应而算出波束成形的第一信号；
对于所述各阵列通道接收的接收信号应用所述第二参数，为与所述第二波束模式对应而算出波束模式成形的第二信号；以及
从所述第二信号消除所述第一信号和所述第二信号的共模分量的消除步骤。
2.根据权利要求1所述的雷达检测方法，其特征在于，包括：
从所述第二信号消除所述共模分量的结果信号确认位于所述旁瓣的目标物的步骤；以及
计算与所述目标物之间距离及速度的步骤。
3.根据权利要求1所述的雷达检测方法，其特征在于，
所述消除步骤是，从所述第二信号中除去所述第一信号。
4.根据权利要求1所述的雷达检测方法，其特征在于，
所述第一参数和第二参数是整数倍关系。
5.一种雷达接收机，包括：
多个天线，分别接收信号；
多个接收模块，将所述多个天线分别接收的信号各自进行下变频；
多个模拟数字变换器，将各个所述下变频的所述信号变换为各个数字；
波束成形处理器，第一数字波束成形而使数字化变换的所述信号与抑制旁瓣的第一波束模式对应，第二数字波束成形成而使所述数字化变换的信号与生成旁瓣的第二波束模式对应，然后从所述第二数字波束成形的结果截获所述第一数字波束成形结果，从而掌握位于所述旁瓣的目标物。
6.根据权利要求5所述的雷达接收机，其特征在于，
所述波束成形处理器是，从所述第二数字波束成形结果消除所述第一数字波束成形结果和所述第二数字波束成形结果的共模分量，从消除所述共模分量的结果掌握位于所述旁瓣的目标物。
7.根据权利要求5所述的雷达接收机，其特征在于，所述波束成形处理器是，
计算旨在生成所述第一波束模式的第一参数和生成所述第二波束模式的第二参数，对从由所述各天线、所述各接收模块和所述各模拟数字变换器形成的各个阵列通道传送的所述数字化变换的信号上应用所述第一参数，为与所述第一波束模式对应而算出所述第一数字波束成形的信号，对从所述各阵列通道传送的所述数字化变换的信号上应用所述第二参数，为与所述第二波束模式对应而算出所述第二数字波束成形的信号。
8.根据权利要求7所述的雷达接收机，其特征在于，
所述第一和第二参数是所述各天线的间隔和所述各幅度加权值；
所述波束成形处理器是在以下数学式
Figure 470669DEST_PATH_IMAGE001
an :旨在调节所述第一和第二波束模式形状的幅度加权值
sn :所述数字化变换的信号
d :所述各天线间隔
θ0 :所述各天线的辐射角度
θ :所述各天线的感兴趣区域
N :所述各阵列通道的总数
里代入所述第一和第二参数而算出各所述第一和第二数字波束成形的信号。
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