CN106104969A - 用于预定空间中的对象的基于雷达的检测的系统、方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于检测外来对象的装置和方法。一种用于检测对象的存在的装置包括被附接到无线地可充电的车辆的至少一个雷达天线。该至少一个雷达天线被配置为当车辆在车辆移动的主要方向上移动时，将雷达信号发射到车辆的无线功率接收器与无线充电器之间的空间中，以及接收雷达信号。该装置还包括雷达处理电路，其被配置为基于所接收的雷达信号的至少一个特性，确定空间中的对象的存在。该雷达处理电路还被配置为至少部分基于对象的存在的确定，提供用以从无线充电器接收功率的指示。

Description

用于预定空间中的对象的基于雷达的检测的系统、方法和 装置
技术领域
本公开大体涉及无线功率传输，并且更特别地涉及与从基于地面的充电单元到基于车辆的充电单元的无线功率传输有关的设备、系统和方法。更特别地，本公开涉及使用基于雷达的技术检测预定空间中的外来对象(foreign objects)。
背景技术
感应功率传输(IPT)系统提供能量的无线传输的一个示例。在IPT中，初级(或者“发射器”)功率设备将功率传送给次级(或者“接收器”)功率设备。发射器功率设备和接收器功率设备中的每一个包括电感耦合器，其通常为包括电流传递材料的绕组的单线圈布置或多线圈布置。穿过初级电感器的交流电流产生交流磁场。当次级电感器接近于初级电感器放置时，交流磁场根据法拉第定律感应次级电感器中的电动势(EMF)，从而将功率传输给次级功率接收器设备。通常地，超低频(VLF)或低频(LF)频带中(例如从20kHz至150kHz的范围内)的频率被用于车辆充电应用中的IPT。
在家庭停车区和公共停车区中以若干千瓦的功率级的到车辆的感应功率传输要求针对附近的人和设备的安全的特殊保护措施。这样的措施可以包括IPT系统的临界空间中的外来对象的检测，特别地其中如果暴露于强交流磁场，则这样的外来对象经受过度的涡电流和加热。这对于其中临界空间为开放并且可访问的系统尤其如此。这样的措施还可以包括活体(例如，人类、人类四肢或动物)的检测以保护他们而不暴露于这样的强电磁场。
IPT系统的临界空间可以被定义为其中电磁场水平超过特定临界水平的空间。这些水平可以基于针对人体暴露的规定范围、由外来金属物体中的涡电流热效应所确定的磁通量密度范围或诸如由适于特定产品或特定用例的标准所指定的那些范围的其他范围。正因如此，用于预定空间中的对象的基于雷达的检测的系统、方法和装置是期望的。
发明内容
随附的权利要求的范围内的系统、方法和设备的各种实施方式各自具有若干方面，其中没有单个一个仅负责本文所描述的期望的属性。在不限制随附的权利要求的范围的情况下，在本文中描述了一些突出特征。
在附图和以下描述中阐述本说明书中所描述的主题的一个或多个实施方式的细节。其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求变得显而易见。注意，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
本公开的一个方面提供了一种用于检测对象的存在的装置。该装置包括印刷电路板。该装置包括布置在印刷电路板的中心部分上的至少一个雷达发射天线。该装置包括布置在印刷电路板的外围上的多个雷达接收天线，每个所述雷达接收天线被配置为从至少一个雷达发射天线接收雷达信号。该装置包括布置在印刷电路板上方的无线充电器的第一发射线圈。
本公开的另一方面提供了一种用于操作用于检测对象的存在的装置的方法的实施方式。该方法包括从被安置在印刷电路板的中心部分上的至少一个雷达发射天线发射雷达信号。该方法包括利用安置在印刷电路板的外围上的多个雷达天线的至少子集来接收雷达信号。该方法包括基于所接收的雷达信号的至少一个特性，利用雷达处理电路来确定对象的存在。该方法包括至少部分基于对象的存在的确定，向被安置在印刷电路板上的无线充电器的第一发射线圈供电。
本公开的又一方面提供了一种用于检测对象的存在的装置。该装置包括至少一个雷达天线，其被附接到无线可充电车辆并且被配置为当车辆在车辆的运动的主要方向上移动时，将雷达信号发射到车辆的无线功率接收器与无线充电器之间的空间中。该至少一个雷达天线还被配置为接收雷达信号。该装置还包括雷达处理电路，其被配置为基于所接收的雷达信号的至少一个特性，确定对象在空间中的的存在。该雷达处理电路还被配置为至少部分基于对象的存在的确定，提供用以从无线充电器接收功率的指示。
本公开的又一方面提供了一种用于操作用于检测对象的存在的装置的方法的实施方式。该方法包括从被安置在印刷电路板上的阵列中的多个雷达天线的至少一个天线发射雷达信号。该方法包括当车辆在车辆的运动的主要方向上移动时，利用车辆上的至少一个雷达天线将雷达信号发射到车辆的无线功率接收器与无线充电器之间的空间中。该方法包括利用车辆上的至少一个雷达天线来接收雷达信号。该方法包括基于所接收的雷达信号的至少一个特性，确定对象的存在。该方法包括至少部分基于对象的存在的确定，提供用以从无线充电器接收功率的指示。
附图说明
图1是根据示例性实施方式的用于对电动车辆充电的示例性无线功率传输系统的示图。
图2是图1的无线功率传输系统的示例性核心部件的示意图。
图3是示出图1的无线功率传输系统的示例性核心部件和辅助部件的另一功能框图。
图4是根据示例性实施方式的具有用于检测外来对象的多个可选择的发射天线和分离的多个可选择的接收天线的示例性雷达系统的示意图。
图5是根据示例性实施方式的具有可配置为用于检测外来对象的要么发射天线要么接收天线的多个可选择的天线的另一示例性雷达系统的示意图。
图6是根据示例性实施方式的具有可配置为对用于检测外来对象的雷达信号进行发送和接收二者的多个可选择的天线的另一雷达系统的示意图。
图7是根据示例性实施方式的具有用于检测外来对象的并置成对的多个可选择的发射天线和分离的多个可选择的接收天线的另一雷达系统的示意图。
图8是根据示例性实施方式的具有用于发射和接收的分离的端口的雷达检测器单元的框图。
图9是根据示例性实施方式的具有多个发射端口和多个接收端口的雷达检测器单元的框图。
图10示出了根据示例性实施方式的用于将双端口雷达检测器单元转换为单端口雷达检测器单元的定向耦合器。
图11示出了根据示例性实施方式的用于将双端口雷达检测器单元转换为单端口雷达检测器单元的循环器。
图12示出了根据示例性实施方式的用于从双端口雷达检测器单元形成虚拟单端口雷达检测器单元的并置的一对发射天线和接收天线。
图13示出了根据示例性实施方式的布置在平面单线圈IPT耦合器(“环形”垫)的中心处的雷达发射天线和布置在板的外围上的多个雷达天线的布置。
图14示出了图13的雷达天线的布置的侧视图。
图15示出了具有图13中所示的雷达天线布置的印刷电路板。
图16示出了图15的印刷电路板的侧视图。
图17示出了根据示例性实施方式的布置在平面单线圈IPT耦合器(“环形”垫)上的阵列中的用于发射和接收二者的配对的发射雷达天线和接收雷达天线或单个雷达天线的布置。
图18示出了图17的雷达天线的布置的侧视图。
图19示出了具有图17中所示的雷达天线布置的印刷电路板。
图20示出了图19的印刷电路板的侧视图。
图21示出了根据示例性实施方式的布置在平面双线圈IPT耦合器(“双D”垫)的中心处的雷达发射天线和布置在板的外围上的多个雷达天线的布置。
图22示出了图21的雷达天线的布置的侧视图。
图23示出了具有图21中所示的雷达天线布置的印刷电路板。
图24示出了图23的印刷电路板的侧视图。
图25示出了根据示例性实施方式的布置在平面双线圈IPT耦合器(“双D”垫)上的阵列中的用于发射和接收二者的配对的发射雷达天线和接收雷达天线或单个雷达天线的布置。
图26示出了图25的雷达天线的布置的侧视图。
图27示出了具有图25中所示的雷达天线布置的印刷电路板。
图28示出了图27的印刷电路板的侧视图。
图29示出了示例性实施方式的包括传播路径和雷达收发器的内部串扰的雷达系统配置的线性系统模型。
图30示出了根据示例性实施方式的串扰消除的模型。
图31示出了根据示例性实施方式的用于测量雷达收发器的内部串扰的雷达系统配置的线性系统模型。
图32示出了根据示例性实施方式的用于雷达收发器单元中的串扰测量的天线端口终端布置。
图33示出了根据示例性实施方式的用于测量雷达系统的冲激响应的天线端口旁路布置。
图34示出了根据示例性实施方式的用于测量系统的响应的雷达系统配置的线性系统模型。
图35图示了根据示例性实施方式的用于雷达系统的离散频域后处理级联。
图36图示了根据示例性实施方式的用于雷达系统的离散时域后处理级联。
图37图示了根据示例性实施方式的用于系统校准的参考雷达响应扣除的模型。
图38图示了根据示例性实施方式的用于雷达系统中的雷达响应的时间差分检测的一阶离散时间无限冲激响应滤波器。
图39示出了根据示例性实施方式的在外来对象存在情况下的校准系统的雷达响应的示例性雷达图像。
图40示出了根据示例性实施方式的在车辆已经移动之后的校准系统的雷达响应的示例性雷达图像。
图41图示了根据示例性实施方式的示例性雷达系统中的多径雷达传播。
图42图示了用于与图41的第一接收天线相关联的发射传播路径的理想化的分解的雷达响应。
图43图示了用于与图41的第二接收天线相关联的发射传播路径的理想化的分解的雷达响应。
图44是根据示例性实施方式的用于预定空间中的对象的基于雷达的检测的示例性方法的流程图。
图45是根据示例性实施方式的用于预定空间中的对象的基于雷达的检测的示例性方法的另一流程图。
图46是根据示例性实施方式的用于预定空间中的对象的基于雷达的检测的示例性方法的另一流程图。
图47图示了根据示例性实施方式的车辆侧可部署的平面雷达天线。
图48图示了根据示例性实施方式的具有用于检测外来对象的雷达天线的线性阵列的车辆侧雷达系统的多个连续视图。
附图中说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，为了清晰起见，各种特征的尺寸可能被任意扩大或减小。另外，附图中的一些附图可能未描绘给定系统、方法或设备的所有部件。最后，相同附图标记可以被用于贯穿说明书和附图表示相同特征。
具体实施方式
下文结合附图阐述的详细描述旨在作为示例性实施方式的描述并且不旨在表示可以实践本发明的仅有实施方式。贯穿本发明使用的术语“示例性”意指“用作范例、实例或图示”并且应当不必被解释为对其他示例性实施方式优选的或有利的。详细描述包括用于提供示例性实施方式的透彻理解的目的的特定细节。在一些实例中，以框图形式示出了一些设备。
本文所公开的概念基于雷达原理和技术，并且可以被用于检测预定3维空间中的金属外来对象和非金属外来对象中的一者或两者。基本原理和技术主要地适于电磁波(例如，微波)的使用。然而，这样的原理和技术还可以适于具有一些修改和限制的声(例如，超声)波的使用。出于简化的缘故，所有描述指代通常大于1GHz的频率处的微波的使用。例如，在一些实施方式中，有用的频率范围可以是1-10GHz、12-27GHz和/或77-81GHz，例如汽车频带。然而，本申请不限于此，并且另外可预期大于上文所提到的值、在其之间或小于其的电磁波或辐射的频率。
本文所公开的基本雷达方法一般地假定超宽带(UWB)技术发射伪随机序列但是其不应当被解释为限于此。这些方法可以利用用于提供时域中的足够分辨率的宽带技术(诸如基于发射脉冲、FMCW、伪噪声波形(FSK、PSK)、多音调信号的技术)中的任一个而实施。一些方法可以甚至利用用于提供频(多普勒)域中的足够分辨率的窄带技术(诸如发射简单CW信号)而工作。
本文所公开的原理和技术假定至少一个雷达发射器(例如，雷达发射天线)和至少一个雷达接收器(例如，雷达接收天线)。然而，因而这样的原理和技术不应当被解释为有限的。例如，这样的原理和技术可以利用至少一个无源雷达信号应答器、有源雷达信号应答器或信号中继器，其可以例如通过调制信号、通过延迟信号或通过使信号频移来修改经重新发射的信号。
本文所公开的基于雷达的外来对象检测(FOD)方法和实施方式被设想为完全集成到IPT充电系统并且优选地集成到基座子系统中并且特别地到基座IPT耦合器(即，基板)中。然而，本文所公开的方法还可以适于非集成单独的(即，分立的)方案。本文所公开的FPD集成概念和方案假定集成到基座IPT耦合器中。它们还可以适于车辆耦合器集成。
本文所公开的方法和实施方式假定集成到基座单元中的发射天线和接收天线二者。然而，这样的方法和实施方式不因而应当被解释为限于此。基于测量路径衰减(有时被称为“s21”)的方法可以使用雷达发射天线基座侧和雷达接收天线车辆侧或者反之亦然。
使用无源雷达信号应答器或有源雷达信号应答器的方法可以使用主发射和接收天线基座侧和应答器车辆侧或者反之亦然。
虽然在本文中未特别地论述，但是FOD系统假定连接到无线充电控制系统，以使得如果确定外来对象的存在，则功率传输(充电)可以要么停止要么在较低的功率水平处继续。
出于公开FOD集成概念和方案的目的，本文假定的IPT耦合器应当被解释为示例性而非限制性的。这样的示例性IPT耦合器被假定为由线圈结构(例如，利用铜绞合线制造的)、铁氧体结构(例如，包括软铁氧体材料的)和导电背板(例如包括铝的)组成。在本文中考虑两个主要类型的IPT耦合器：“圆形”类型耦合器和“双线圈”或“双D”类型耦合器。虽然在本公开中未明确示出，但是基于雷达的FOD可以集成在其他类型的IPT耦合器中，例如，利用某种修改集成到“双极性”类型或“螺线管”类型中。
另外，出于简化的缘故，描述和附图示出了单个外来对象。然而，一般而言，本文所公开的方法和装置具有检测归因于预定空间内的超过一个对象的非正常状态的潜在性。这样的对象可以是非活体(诸如残骸和垃圾，垃圾包括但不限于烟包、可乐罐或酸奶杯)以及活体(诸如人类或动物的四肢，动物包括但不限于猫、狗或豚鼠)。
无线地传输功率可以指代在不使用物理电导体的情况下(例如，功率可以通过自由空间传输)，将与电场、磁场、电磁场或其他方式相关联的任何形式的能量从发射器传输到接收器。输出到无线场(例如，磁场)中的功率可以由“接收线圈”来接收、捕获或耦合以实现功率传输。
电动车辆在本文中被用于描述远程系统，其示例是包括从可充电的能量存储设备(例如，一个或多个可再充电的电化电池或者其他类型的电池)导出的电源作为其运动能力的一部分的车辆。作为非限制性示例，一些电动车辆可以是混合电动车辆，其包括除电机之外，用于直接运动或对车辆的电池充电的传统内燃机。其他电动车辆可以从电源汲取所有运动能力。电动车辆不限于汽车并且可以包括摩托车、手推车、小型摩托车等类似的。通过示例而限制的方式，在本文中以电动车辆(EV)的形式描述了远程系统。而且，还预期了可以使用可充电的能量存储设备至少部分供电的其他远程系统(例如，电子设备，诸如个人计算设备等类似的)。
图1是根据示例性实施方式的用于对电动车辆112充电的示例性无线功率传输系统100的示图。无线功率传输系统100使能当电动车辆112停在基座无线充电系统102a附近时对电动车辆112的充电。在停车区中图示了针对两个电动车辆的空间以停在对应的基座无线充电系统102a和102b上。在一些实施方式中，本地配电中心130可以连接到电力骨干132并且被配置为通过电力链路110向基座无线充电系统102a提供交流(AC)或直流(DC)电源。基座无线充电系统102a还包括用于无线地传输或接收功率的基座系统感应线圈104a。电动车辆112可以包括电池单元118、电动车辆感应线圈116和电动车辆无线充电系统114。电动车辆感应线圈116可以例如经由通过基座系统感应线圈104a所生成的电磁场的区域与基座系统感应线圈104a相互作用。
在一些示例性实施方式中，当电动车辆感性线圈116被定位在由基座系统感应线圈104a产生的能量场中时，电动车辆感应线圈116可以接收功率。该场对应于在其中可以通过电动车辆感应线圈116捕获由基座系统感应线圈104a输出的能量的区域。例如，由基座系统感应线圈104a输出的能量可以在足以对电动车辆112充电或供电的电平。在一些情况下，该场可以对应于基座系统感应线圈104a的“近场”。该近场可以对应于其中存在由基座系统感应线圈104a中的电流和电荷导致的强反应场，其不将功率辐射远离基座系统感应线圈104a。在一些情况下，该近场可以对应于在基座系统感应线圈104a的波长的大约1/2π内的区域(并且针对电动车辆感应线圈116反之亦然)，如下文将进一步描述的。
本地配电1130可以被配置为经由通信回程134与外部源(例如，电力网)通信，并且经由通信链路108与基座无线充电系统102a通信。
在一些实施方式中，电动车辆感应线圈116可以与基座系统感应线圈104a对准，并且因此简单地通过司机相对于基座系统感应线圈104a正确地定位电动车辆112而被布置在近场区域内。在其他实施方式中，可以对司机给与视觉反馈、听觉反馈或其组合来确定何时电动车辆112适当地放置在针对无线功率传输的“甜蜜”点处。但是在其他实施方式中，电动车辆112可以由自动驾驶系统定位，其可以来回地移动(例如，以之字形运动)电动车辆112直到对准误差已经到达容许值。假如电动车辆112装备有伺服方向盘、超声传感器和用以调节车辆的智能，则这可以在没有或仅有最小司机介入的情况下由电动车辆112自动并且自主地执行。然而在其他实施方式中，电动车辆感应线圈116、基座系统感应线圈104a或其组合可以具有用于使感应线圈116和104a相对于彼此位移和移动以更准确地对其进行取向并且在其之间形成更高效的耦合的功能。
基座无线充电系统102a可以定位在各种位置中。作为非限制性示例，一些适合的位置包括电动车辆112所有者的家处的停车区、针对在常规基于石油的加油站之后建模的电动车辆无线充电而保留的停车区和诸如购物中心和职业场所的其他位置处的停车场。
对电动车辆无线地充电可以提供很多益处。例如，充电可以在几乎没有司机介入和操纵的情况下自动地执行，从而改进对用户的方便性。还可以不存在暴露的电气接触并且不存在机械磨损，从而改进无线功率传输系统100的可靠性。可以不需要利用电缆和连接器的操纵，并且可以不存在暴露于室外环境中的潮湿和水的电缆、插头和插口，从而改进安全性。还可以不存在可见或可接入的插口、电缆和插头，从而减少功率充电设备的潜在故意破坏。而且，由于电动车辆112可以用作分布式存储设备以稳定电网，对接到电网(docking-to-grid)方案可以被用于增加车辆到电网(V2G)操作的车辆的可用性。
如参考图1所描述的无线功率传输系统100还可以提供美学优点和非阻碍优点。例如，可以不存在可能阻碍车辆和/或行人的充电柱和电缆。
作为车辆到电网能力的另一解释，无线功率发射和接收能力可以被配置为互逆的，使得基座无线充电系统102a向电动车辆112传输功率并且电动车辆112向基座无线充电系统102a传输功率(例如，在能源短缺时)。该能力对于如下情况可以是有用的，通过在由可再生能源生产(例如，风或太阳能)中的超过需求或短缺所引起的能源短缺时允许电动车辆对整个分布系统贡献功率以便稳定配电网。
图2是图1的无线功率传输系统100的示例性核心部件的示意图。如图2中所示，无线功率传输系统200可以包括基座系统发射电路206，其包括具有电感L1的基座系统电感线圈204。无线功率传输系统200还包括电动车辆接收电路222，其包括具有电感L2的电动车辆感应线圈216。本文所描述的实施方式可以使用形成共振结构的电容加载的线环(即，多匝线圈)，其能够在初级结构(发射器)和次级结构(接收器)二者被调谐到共同共振频率时，经由磁场或电磁近场将能量从初级结构高效地耦合到次级结构。线圈可以被用于电动车辆感应线圈216和基座系统感应线圈204。使用用于耦合能量的共振结构可以被称为“磁耦合共振”、“电磁耦合共振”和/或“共振感应”。无线功率传输系统200的操作将基于从基座无线功率充电系统202到电动车辆112的功率传输来描述但是不限于此。例如，如上文所讨论的，电动车辆112可以向基座无线充电系统102a传输功率。
参考图2，电源208(例如，AC或DC)向无线功率充电系统202供电PSDC，以向电动车辆112传输能量。基座无线功率充电系统202包括基座充电系统功率转换器236。基座充电系统功率转换器236可以包括电路，诸如被配置为将功率从标准市电AC转换为在适合的电压电平处的DC功率的AC/DC转换器，以及被配置为将DC功率转换为适于高无线功率传输的操作频率处的功率的DC/低频(LF)转换器。基座充电系统功率转换器236向包括与基座系统感应线圈204串联的电容器C1的基座系统发射电路206提供功率P1来以期望的频率发射电磁场。电容器C1可以并联或者串联地与基座系统感应线圈204耦合，或者可以由以并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件形成。电容器C1可以被提供为与在期望的频率处共振的基座系统感应线圈204形成共振电路。基座系统感应线圈204接收功率P1并且在足以对电动车辆112充电或供电的电平处无线地发射功率。例如，由基座系统感应线圈204无线地提供的功率电平可以是千瓦(kW)的数量级(例如，从1kW到110kW的任何地方或更高或更低)。
包括基座系统感应线圈204的基座系统发射电路206和包括电动车辆感应线圈216的电动车辆接收电路222可以被调谐到基本上相同频率并且可以被定位在由基座系统感应线圈204和电动车辆感应线圈116之一发射的电磁场的近场内。在这种情况下，基座系统感应线圈204和电动车辆感应线圈116可以变为互相耦合，使得功率可以被传输到包括电容器C2和电动车辆感应线圈116的电动车辆接收电路222。电容器C2可以被提供为与在期望的频率处共振的电动车辆感应线圈216形成共振电路。电容器C2可以并联或者串联地与电动车辆感应线圈204耦合，或者可以由以并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件形成。元素k(d)表示在线圈分离处产生的互耦系数。等效电阻Req,1和Req,2表示对于感应线圈204和216和反电抗电容器C1和C2所固有的损耗。包括电动车辆感应线圈316和电容器C2的电动车辆接收电路222接收功率P2并且向电动车辆充电系统214的电动车辆功率转换器238提供功率P2。
除了其他方面，电动车辆功率转换器238还可以包括LF/DC转换器，其被配置为将操作频率处的功率转换回与电动车辆电池单元218的电压电平匹配的电压电平处的DC功率。电动车辆功率转换器238可以提供转换功率PLDC以对电动车辆电池单元218充电。电源208、基座充电系统功率转换器236和基座系统感应线圈204可以是固定的并且定位在各种位置处，如上文所讨论的。电池单元218、电动车辆功率转换器238和电动车辆感应线圈216可以被包含在电动车辆充电系统214中，电动车辆充电系统214是电动车辆112的一部分或电池组(未示出)的一部分。电动车辆充电系统214还可以被配置为通过电动车辆感应线圈216向基座无线功率充电系统202无线地提供功率以将功率馈送回电网。电动车辆感应线圈216和基座系统感应线圈204中的每一个可以基于操作模式而充当发射或接收感应线圈。
虽然未示出，无线功率传输系统200可以包括将电动车辆电池单元218或电源208与无线功率传输系统200安全地断开的负载断开单元(LDU)。例如，在紧急事件或系统故障的情况下，LDU可以被触发以将负载与无线功率传输系统200断开。除用于管理对电池的充电的电池管理系统之外，可以提供LDU，或者其可以是电池管理系统的一部分。
而且，电动车辆充电系统214可以包括开关电路(未示出)，其用于将电动车辆功率转换器238与电动车辆感应线圈216选择性地连接和断开。断开电动车辆感应线圈216可以暂停充电并且还可以调节如由基座无线充电系统102a(充当发射器)“看到”的“负载”，其可以被用于从基座无线充电系统102a“遮掩”电动车辆充电系统114(充当接收器)。如果发射器包括负载感测电路，则可以检测负载改变。因此，发射器(诸如基座无线充电系统202)可以具有用于确定何时接收器(诸如电动车辆充电系统114)存在于基座系统感应线圈204的近场中的机制。
如上文所描述的，在操作中，假定朝向车辆或电池的能量传输，从电源208提供输入功率使得基座系统感应线圈204生成用于提供能量传输的场。电动车辆感应线圈216耦合到辐射场并且生成用于由电动车辆112存储或消耗的输出功率。如上文所描述的，在一些实施方式中，基座系统感应线圈204和电动车辆感应线圈116根据相互共振关系而配置，使得在电动车辆感应线圈116的共振频率和基座系统感应线圈204的共振频率非常接近或基本上相同。当电动车辆感应线圈216被定位在基座系统感应线圈204的近场中时，基座无线功率充电系统202和电动车辆充电系统214之间的传输损耗最小。
如上所述，高效的能量传输的发生是通过将发射感应线圈的近场中的能量的大部分耦合到接收感应线圈而不是将电磁波中的大部分能量传播到远场。当在近场中时，可以在发射感应线圈与接收感应线圈之间建立耦合模式。其中该近场耦合可以发生的感应线圈周围的区域在本文中被称为近场耦合模式区域。
虽然未示出，但是基座充电系统功率转换器236和电动车辆功率转换器238二者都可以包括振荡器、驱动器电路(诸如功率放大器)、滤波器和用于与无线功率感应线圈高效耦合的匹配电路。振荡器可以被配置为生成期望的频率，其可以响应于调节信号而被调节。可以通过具有响应于控制信号的放大量的功率放大器来放大振荡器信号。可以包含滤波器和匹配电路，以便滤出谐波或其他不需要的频率并且将功率转换模块的阻抗与无线功率感应线圈匹配。功率转换器236和238还可以包括生成适合的功率输出以对电池充电的整流器和开关电路。
如贯穿所公开的实施方式所描述的电动车辆感应线圈216和基座系统感应线圈204可以被称为或被配置为“回路”天线，并且特别地多匝回路天线。感应线圈204和216在本文中还可以被称为或被配置为“磁性”天线。术语“线圈”旨在指代可以无线地输出或接收能量用于耦合到另一“线圈”的部件。线圈还可以被称为被配置为无线地输出或接收功率的某种“天线”。如本文所使用的，线圈204和216是被配置为无线地输出、无线地接收、和/无线地中继功率的某种“功率传输部件”的示例。回路(例如，多匝回路)可以被配置为包括空气核心或物理核心(诸如铁氧体芯)。空气核心回路天线可以允许将其他部件放置在核心区域内。包括铁磁体或铁磁体材料的物理核心天线可以允许形成更强的电磁场和改善的耦合。
如上文所讨论的，发射器与接收器之间的能量的高效传输在发射器与接收器之间的匹配或几乎匹配的共振期间发生。然而，甚至当发射器与接收器之间的共振不匹配时，可以以较低的效率传输能量。能量的传输通过将能量从发射感应线圈耦合到驻留在建立近场区域内(例如，共振频率的预定频率范围内、或近场区域的预定距离内)的接收感应线圈而不是将能量从发射感应线圈传播到自由空间中而发生。
共振频率可以基于包括感应线圈(例如，基座系统感应线圈204)的发射电路的电感和电容，如上文所描述的。如图2中所示，电感可以一般地是感应线圈的电感，然而，电容可以被添加到感应线圈来创建以期望的共振频率的共振结构。作为非限制性示例，如图2中所示，电容器可以与感应线圈串联地添加来创建生成电磁场的共振电路(例如，基座系统发射电路206)。因此，对于较大直径的感应线圈而言，感应共振所需要的电容值可以随着线圈的直径或电感增加而减小。电感还可以取决于感应线圈的匝数。而且，随着感应线圈的直径增加，近场的高效的能量传输区域可以增加。其他共振电路是可能的。作为另一非限制性示例，电容器可以并联地被放置在感应线圈(例如，并联共振电路)的两个终端之间。而且，感应线圈可以被设计为具有用以改进感应线圈的共振的高质量(Q)因子。例如，Q因子可以是300或更大。
如上文所描述的，根据一些实施方式，公开了在彼此的近场中的两个感应线圈之间的耦合功率。如上文所描述的，近场可以对应于感应线圈周围的区域，该区域中电磁场存在但可能不远离感应线圈传播或者辐射，。近场耦合模式区域可以与通常在波长的小分数内的感应线圈的物理体积附近的体积相对应。根据一些实施方式，电磁感应线圈(诸如单回路天线和多匝回路天线)被用于发射和接收二者，这是由于实际实施方式中的近磁场幅度倾向于与电类型天线(例如，小偶极子)的近电场相比较对于磁类型线圈而言是更高的。这允许线圈对之间潜在地更高的耦合。而且，可以使用“电”天线(例如，偶极子和单极子)或磁天线和电天线的组合。
图3是示出图1的无线功率传输系统300的示例性核心部件和辅助部件的另一功能框图。无线功率传输系统300图示了通信链路376、引导链路366以及用于基座系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316的对准系统352、354。如上文参考图2所描述的，并且假定能量流朝向电动车辆112，在图3中，基座充电系统功率接口354可以被配置为从电源(诸如AC或DC电源126)向充电系统功率转换器336提供功率。基座充电系统功率转换器336可以从基座充电系统功率接口354接收AC或DC功率，以在其共振频率处或其附近激发基座系统感应线圈304。当在近场耦合模式区域中时，电动车辆感应线圈316可以从近场耦合模式接收能量，以在共振频率处或其附近振荡。电动车辆功率转换器338将来自电动车辆感应线圈316的振荡信号转换为适于经由电动车辆功率接口对电池充电的功率信号。
基座无线充电系统302包括基座充电系统控制器342，并且电动车辆充电系统314包括电动车辆控制器344。基座充电系统控制器342可以包括到其他系统(未示出)(诸如例如计算机和配电中心或智能电网)的基座充电系统通信接口162。电动车辆控制器344可以包括到其他系统(未示出)(诸如例如车辆上的车载计算机、其他电池充电控制器、车辆内的其他电子系统和远程电子系统)的电动车辆通信接口。
基座充电系统控制器342和电动车辆控制器344可以包括用于具有分离的通信信道的特定应用的子系统或模块。这些通信信道可以是分离的物理信道或分离的逻辑信道。作为非限制性示例，基座充电对准系统352可以通过通信链路376与电动车辆对准系统354进行通信来提供用于自主地或者在操作者辅助的情况下将基座系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316更紧密地对齐的反馈机制。类似地，基座充电引导系统362可以通过引导链路与电动车辆引导系统364进行通信来提供在将基座系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316对准时引导操作者的反馈机制。另外，可以存在由基座充电通信系统372与电动车辆通信系统374所支持的分离的通用通信链路(例如，信道)以用于在基座无线功率充电系统302与电动车辆充电系统314之间传递其他信息。该信息可以包括关于基座无线功率充电系统302和电动车辆充电系统314二者的电动车辆特性、电池特性、充电状态和功率能力的信息以及针对电动车辆112的维护和诊断数据。这些通信信道可以是分离的物理通信信道，诸如例如蓝牙、无线个域网(ZigBee)、蜂窝等。
电动车辆控制器344还可以包括管理电动车辆主要电池的充电和放电的电池管理系统(BMS)(未示出)、基于微波或超声雷达原理的停车辅助系统、被配置为执行半自动停车操作的制动系统以及被配置为辅助可以提供更高停车准确度的大幅自动化停车“线控停车(park by wire)”的方向盘伺服系统，因此减少了对于基座无线充电系统102a和电动车辆充电系统114中的任一个中的机械水平感应线圈对准的需要。而且，电动车辆控制器344可以被配置为与电动车辆112的电子装置进行通信。例如，电动车辆控制器344可以被配置为与视觉输出设备(例如，仪表板显示器)、声学/音频输出设备(例如，蜂鸣器、扬声器)、机械输入设备(例如，键盘、触摸屏和定点设备诸如操纵杆、轨迹球等)和音频输入设备(例如，具有电子语音识别的麦克风)通信。
而且，无线功率传输系统300可以包括检测和传感器系统。例如，无线功率传输系统300可以包括用于与系统一起使用来将司机或车辆适当地引导到充电点的传感器、将感应线圈与所要求的分离/耦合相互对准的传感器、检测那些可能阻碍电动车辆感应线圈316移动到特定高度和/或位置以实现耦合的对象的传感器、以及用于与系统一起使用来执行系统的可靠的无损坏并且安全的操作的安全传感器。例如，安全传感器可以包括用于检测接近无线功率感应线圈104a、116超过安全半径的动物或儿童的存在、检测在基座系统感应线圈304附近可能被加热(感应加热)的金属对象、以及检测危险事件(诸如基座系统感应线圈304上的白炽对象)的传感器。
无线功率传输系统300还可以支持经由有线连接的插入式充电。有线充电端口可以在向电动车俩112传输功率或自电动车辆112传输功率之前集成两个不同的充电器的输出。开关电路可以提供如支持无线充电和经由有线充电端口充电二者所需要的功能。
为了在基座无线充电系统302与电动车辆充电系统314之间进行通信，无线功率传输系统300可以使用带内信令和RF数据调制解调器二者(例如，非授权频带中无线电上的以太网)。带外通信可以将针对增值服务的分配的足够带宽提供给车辆用户/所有者。无线功率载波的低深度幅度或相位调制可以用作具有最小干扰的带内信令系统。
另外，可以在不使用特定通信天线的情况下经由无线功率链路执行一些通信。例如，无线功率感应线圈304和316还可以被配置为充当无线通信发射器。因此，基座无线功率充电系统302的一些实施方式可以包括用于使能无线功率路径上的键控类型协议的控制器(未示出)。通过利用预定义协议以预定义间隔对发射功率电平进行键控(振幅移位键控)，接收器可以检测来自发射器的串行通信。基座充电系统功率转换器336可以包括负载感测电路(未示出)，其用于检测在由基座系统感应线圈304生成的近场附近的有源电动车辆接收器的存在或不存在。以示例的方式，负载感测电路监测流动到功率放大器的电流，其受到基座系统感应线圈104a生成的近场的附近的有源接收器的存在或不存在的影响。对功率放大器上的负载的改变的检测可以由基座充电系统控制器342监测以用于在确定是否使能振荡器用于发射能量、是否与有源接收器进行通信、或确定其组合中使用。
为了使能无线高功率传输，一些实施方式可以被配置为在10-150kHz的范围内的频率处传输功率。该低频耦合可以允许使用固态设备而实现的高度高效的功率转换。另外，与其他频带相比，会有更少的与无线电系统共存的问题。
关于感应充电，取决于初级磁性结构和次级磁性结构的能量传输率(功率电平)、操作频率、大小和设计以及它们之间的距离，一些位置处的空气间隙中的通量密度可以超过0.5mT并且可以到达数毫特斯拉。如果包括特定数量的良好导电材料(例如，金属)的对象被插入初级结构与次级结构之间的空间中，则在该对象中生成涡电流(楞次定律)，这可以导致功率耗散和后续热效应。该感应热效应取决于磁通量密度、交变磁场的频率、对象的导电结构的大小、形状、取向和导电性。当对象暴露于磁场足够长时间时，其可以加热直到在多个方面中可以被认为危险的温度。如果对象包括易燃材料或如果其与这样的材料(例如，包括薄金属化箔的烟包)直接接触，则一个危险可以是自燃。另一危险可以是烧伤拾取这样的热对象(例如，硬币或钥匙)的人的手。另一危险可以是损坏初级或次级结构(例如，熔化为塑料的对象)的塑料外壳。
在包括基本上是非导电但展示显著的滞后效应的铁磁体材料的对象中或生成滞后和涡电流损耗二者的材料中也可以预期温度增加。正因如此，检测这样的对象有益于避免对应的有害后果。如果对象检测系统被集成在用于提供无线功率的系统内，则响应于检测到有害对象，系统可以降低功率电平或关闭直到可以采取措施移除有害对象。
在感应功率传输的某些应用(诸如家庭区域和公共区域中的电动车辆的充电)中，出于人和设备的安全的原因，能够检测具有经由加热直到临界温度的潜在性的外来对象可以是强制的。在临界空间是开放并且可接入的系统、使得外来对象可以偶然地进入该空间中或者故意地被放入该空间中(例如，在破坏的情况下)的情况下更是如此。
本文所描述的实施方式涉及自动地检测可能定位在预定义空间中的危险外来对象。而且，用于检测预定3维空间中的外来对象的微波的使用具有若干优点。与光学和红外方法相反，微波传感器可以被安装在塑料外壳的后面(例如，在基板的外壳后面)，使得其免受水、污染和机械冲击影响。因此，这样的微波传感器可以不需要针对机械保护和自动清洁的特殊措施。这对于感应感测方法也是如此。然而，与使用GHz范围内的频率的方法相反，通常在较低的MHz频率范围内的频率处的感应感测可以被认为一般地更容易受到来自由IPT生成的电磁场的干扰。而且，如果与其灵敏度随着与感测回路的距离迅速地减小的纯感应方法相比较，微波感测的灵敏度被认为是更均衡的。虽然基于雷达的方法可能不能够在金属对象与非金属对象之间进行区分，但其具有用于检测非活体和活体二者的潜在性。
图4是根据示例性实施方式的具有用于检测外来对象的多个可选择的发射天线和分离的多个可选择的接收天线的示例性雷达系统的示意图400。这样的系统可以被认为是传输类型(s21)雷达检测系统。该系统可以包括具有分离的用于发射(例如，TX OUT)和接收(例如，RX IN)的微波端口的雷达检测器单元422。该系统可以附加地包括多个雷达发射天线402、404、406和408(统称为发射天线402-408)，其各自可选择地经由开关矩阵410连接到雷达检测器单元422的发射端口。同样地，系统可以附加地包括多个雷达接收天线412、414、416和418(统称为接收天线412-418)，其各自可选择地经由开关矩阵420连接到雷达检测器单元422的接收端口。在一个示例性实施方式中，每次仅一个发射天线和一个接收天线可以被连接到雷达检测器单元422。雷达发射天线402-408可以安装在基板424的表面下面并且彼此很好地空间分离的位置处。在缺少对象的情况下(例如，其中不存在车辆和外来对象)，由雷达发射天线402-408中的任一个所发射的信号可以由雷达接收天线412-418中的任一个仅经由如由图4中所指示的直接路径来接收。在存在车辆的情况中，所发射的信号还可以经由车辆426的表面(例如，车辆垫或车辆的车身底座)的反射而接收。外来对象的存在可以添加针对所发射的信号的一个或多个反射路径并且还可以遮蔽或部分遮蔽直接路径和/或车辆反射路径中的任一个反射路径。因此，对现有传播路径的附加传播路径和/或改变的出现可以指示外来对象的存在。
图5是根据示例性实施方式的具有可配置为用于检测外来对象的发射天线或者接收天线的多个可选择的天线的另一示例性雷达系统的示意图500。这一系统变型同样可以被认为是传输类型(s21)雷达检测系统。该系统可以包括与结合图4先前所描述的雷达天线阵列设置和开关矩阵设置不同的雷达天线阵列设置和不同的开关矩阵设置。该系统可以包括雷达检测器单元522、开关矩阵520和多个雷达天线512、514、516和518(统称为512-518)。多个雷达天线512-518中的每一个可以用作雷达发射天线或雷达接收天线并且各自可选择地被连接到雷达检测器单元522的发射端口或者接收端口中的任一个。在一些实施方式中，每次仅可以使用多个雷达天线512-518中的两个雷达天线，用于发射雷达信号的第一雷达天线和用于接收雷达信号的第二天线。如所示，从被配置为雷达发射天线(例如，雷达天线512)的天线所发射的雷达信号可以由被配置为雷达接收天线(例如，雷达天线516)的另一天线经由直接路径和基板表面524与车辆表面526之间的一个或多个反射路径中之一或两者而接收。当雷达天线512-518之一经由开关矩阵520被连接到雷达检测器单元522的发射端口时，其可以被配置为雷达发射天线。同样地，当雷达天线512-518之一经由开关矩阵520被连接到雷达检测器单元522的接收端口时，其可以被配置为雷达接收天线。
图6是根据示例性实施方式的具有可配置为对用于检测外来对象的雷达信号进行发送和接收二者的多个可选择的天线的另一雷达系统的示意图600。这样的系统还可以被称为反射类型(s11)雷达系统。该系统可以包括仅具有用于发射和接收雷达信号二者的单微波端口的雷达检测器单元622、开关矩阵620和多个雷达天线612、614、616和618(统称为612-618)。在一些实施方式中，每个雷达天线612-618可以可选择地经由开关矩阵620被连接到单微波端口。在这样的实施方式中，每次仅雷达天线612-618之一可以连接到单微波端口。由连接的雷达天线所发射的雷达信号也通过相同雷达天线接收。因此，外来对象雷达天线612-618中的每一个可以在雷达信号被发射时的第一时间处被配置为雷达发射天线，并且然后在所发射的雷达信号由外来对象628或者车辆的表面626反射后，在该天线处被接收时的第二时间处被配置为雷达接收天线。
虽然未示出，但是在图6中所示的系统的一些实施方式中，基于s11类型雷达的系统可以包括针对每个天线元件的专用雷达检测器单元。在这样的实施方式中，可以不存在对于开关的需要并且可以实际上不存在天线馈线。在这样的情况下，雷达检测器单元可以接近于天线元件而被定位。每次操作的雷达检测器单元的数目可以是一个或多个，这取决于系统可以可靠地操作于其下的信号干扰比。
图7是根据示例性实施方式的具有用于检测外来对象的并置成对的多个可选择的发射天线和分离的多个可选择的接收天线的另一雷达系统的示意图700。例如，该系统可以包括多对并置的雷达发射天线702、704、706和708(统称为702-708)和雷达接收天线712、714、716和718(统称为712-718)、开关矩阵720和具有微波发射端口和微波接收端口的雷达检测器单元722。虽然一对雷达发射天线和接收天线可以是并置的，但是信号可以并不必从雷达发射天线发射并且由并置的雷达接收天线接收。例如，如所示，雷达信号可以由雷达发射天线702发射、由外来对象728和车辆的表面726之一或两者反射并且由雷达接收天线714和/或雷达接收天线716接收；而另一雷达信号可以由雷达发射天线704发射并且类似地由雷达接收天线716接收。该系统可以在将阵列元件配置为要么发射天线要么接收天线方面提供图4-图7的系统中的最高灵活性。
图8是根据示例性实施方式的具有用于发射和接收的分离的端口的雷达检测器单元的框图800。例如，雷达检测器单元可以是图4、图5或图7中的任一个的雷达检测器单元422、522、722。雷达检测器单元可以包括微控制器802，其用于确定包括伪随机(PN)码的伪随机序列并且可以被配置为将该PN码通信传递到雷达检测器单元的发射分支和接收分支二者。该发射分支可以包括连接到调制器808的PN码发生器804，调制器808从本地振荡器812接收公共本地振荡器信号并且将经调制的PN码通信传递到放大器810。放大器810的输出可以连接到雷达检测器单元的发射端口。
接收分支可以包括前置放大器816，其被配置为从雷达检测器单元的接收端口接收雷达信号并且将经放大的接收的雷达信号输出到解调器814。解调器814也可以被称为下变频器或者正交混合器并且解调器814可以从本地振荡器812接收同相和正交相位(0°和90°)的公共本地振荡器信号，并且将同相和正交相位解调雷达信号(I和Q)输出到相关器806。相关器806可以从控制器802接收PN码。发射分支和接收分支二者可以利用公共本地振荡器信号来保证所接收的信号的相位同步相关性。相关器806可以被配置为将经相关的同相和正交相位解调雷达信号(I和Q)通信传递到相应的模拟数字转换器(A/D)818。每个A/D818可以连接到数字后处理器820，数字后处理器820可以与微控制器802通信。在微控制器802的用户接口处，雷达检测器单元可以提供发射端口与接收端口之间的信道的复数(同相分量和正交分量)雷达响应。
为了减少微波路径中的插入损耗，在导致多发射和多接收端口雷达检测器单元的基带处的解调之后，可以执行天线选择，如图9中所示。图9是根据示例性实施方式的具有多个发射端口和多个接收端口的雷达检测器单元的框图900。除了如下文所描述的几个例外，图9的雷达检测器单元的操作可以与结合图8的双端口雷达检测器单元先前所描述的操作基本上相同。因此，微控制器902、PN码发生器904、相关器906、A/D转换器918、数字后处理器920和本地振荡器912中的每一个可以与关于图8的微控制器802、PN码发生器804、相关器806、A/D转换器818、数字后处理器820和本地振荡器812中的每一个如上文所描述的基本上相同地操作。然而，图9的雷达检测器单元包括N个发射路径和N个接收路径而不是如图8中的发射路径和接收路径的每一个之一。因此，在发射路径内，图9的雷达检测器单元可以包括并联的N个调制器908，其各自被配置为经由开关矩阵924连接到PN码发生器904。图9的雷达检测器单元附加地包括N个放大器910，其各自从N个调制器908中的相应一个接收输入。同样地，在N个接收路径内，图9的雷达检测器单元可以包括并联的N个前置放大器912，其各自被配置为从雷达检测器单元的相应的接收端口接收信号，并且被配置为将放大的接收的雷达信号输出到N个解调器914中的相应一个。N个解调器926中的每一个的同相输出和正交相位输出可以被配置为经由开关矩阵926被连接到相关器906。
针对所有N个调制器908和N个解调器914的公共本地振荡器912被配置为生成0°和90°本地振荡器信号，其经由功率分路器922的相应的输出被分布到N个调制器908和N个解调器914，该功率分路器922具有连接到本地振荡器912的同相输入和正交输入。
使用具有提供足够的处理增益的长度的不同PN序列可以允许同时操作的多个独立雷达检测器单元的使用。因此，可以同时监测多个雷达信道，这增加了每单位时间可以采集的雷达响应的数目。
可以通过分别利用一个或N个定向耦合器或一个或N个循环器将图8的双端口雷达检测器单元或者备选地图9的2N端口雷达检测器单元配置为单端口单元，如将分别结合图10和图11所描述的。
图10示出了根据示例性实施方式的用于将双端口雷达检测器单元转换为单端口雷达检测器单元的定向耦合器1000。定向耦合器1000可以是常规定向耦合器，其具有终止端、发射端、接收端和复合发射/接收端。定向耦合器1000可以具有近似3dB的耦合，其对应于近似3dB的插入损耗。通过将图8的双端口雷达检测器单元822的发射端口和接收端口或图9的2N端口雷达检测器单元922的N个发射端口和接收端口中的对应的一个分别连接到定向耦合器1000的发射端口和接收端口，图8的双端口雷达检测器单元822或图9的2N端口雷达检测器单元922的N个发射端口和接收端口中的一个可以分别转换为一个单端口雷达检测器单元或N个单端口雷达检测器单元，例如如图6中所示。
图11示出了根据示例性实施方式的用于将双端口雷达检测器单元转换为单端口雷达检测器单元的循环器1100。循环器1100可以包括发射端口、接收端口和复合发射/接收端口。进入循环器1100的任何端口的RF信号或微波信号仅在由箭头定义的旋转方向上被发射到下一个端口。例如，输入到发射端口的信号将被发射到复合发射/接收端口而非接收端口，并且输入到复合发射/接收端口的信号将被发射到接收端口而非发射端口。这样，通过分别将图8的双端口雷达检测器单元822的发射端口和接收端口连接到图11的循环器1100的发射端口和接收端口，图8的双端口雷达检测器单元822可以转换为单端口雷达检测器单元，例如如图6中所示。
图12示出了根据示例性实施方式的用于从双端口雷达检测器单元形成虚拟单端口雷达检测器单元的并置的一对发射天线和接收天线。并置对1200可以包括具有某个最小空间分离的接收天线1202和发射天线1204。
图13、图14、图17、图18、图21、图22、图25和图26图示了根据一些示例性实施方式的天线布置和集成概念的不同的变型。图15、图16、图19、图20、图23、图24、图27和图28分别图示了与图13、图14、图17、图18、图21、图22、图25和图26相关联的印刷电路板(PCB，还被称为印刷线路板PWB)的变型。这些变型可以起因于诸如由不同的宿主IPT耦合器类型和/或由其他设计和优化准则给定的空间约束。宿主IPT耦合器中的每一个被假定为由被布置在铁素体结构上的线圈结构组成，该铁素体结构被布置在导电背板上，如下文将更详细描述的。
图13示出了根据示例性实施方式的布置在平面单线圈IPT耦合器(“环形”垫)的中心处的雷达发射天线和布置在板的外围上的多个雷达天线的布置1300。该布置1300可以对应于如结合图4、图5或图7中的任一个而先前所描述的传输类型(s21)雷达系统。该布置1300可以包括导电背板1302、被布置在导电背板1302上的铁素体层以及被布置在铁素体层1304上的用于发射无线功率的线圈1306。该布置1300可以附加地包括被布置在导电背板1302与铁素体层1304之间的PCB 1312。PCB 1312可以包括定位在PCB 1312的中心的单个雷达发射天线1310，其可以定位或布置使得发射天线1310被定位于其中磁通量密度相对低并且其中铁素体层1304的一部分可以具有减少的厚度或可以在没有性能的显著损耗的情况下省略。PCB 1312可以附加地包括被布置在铁素体层1304未延伸到但导电背板1302在其下面延伸的基座垫和/或PCB 1312的外围区域(例如，外围)上的多个接收天线1308。该布置1300可以提供雷达发射天线1310与雷达接收天线1308中的每一个之间的路径长度中的最小变化。该布置可以附加地提供垫区域的基本上完整的覆盖以及临界空间中的所有位置处的足够的灵敏度。
值得注意地，只要外来对象被定位在雷达发射天线1310与雷达接收天线1308之一之间的低阶菲涅耳区(例如，阶n≤3)内，小外来对象就可以显著地影响雷达发射天线1310与雷达接收天线1308之间的传输。例如，如果外来对象在与雷达发射天线1310和雷达接收天线1308之一相交任何点的(如雷达发射天线1310与雷达接收天线1308中的每一个之间的虚线所示的)虚构直线的垂直方向上偏移太远，则其可能是由该雷达接收天线1308不可探测的。然而，如果外来对象仍然位于雷达发射天线1310和相邻雷达接收天线1308的低阶菲涅耳区内，则外来对象可以仍然由相邻的雷达接收天线检测。
出于更完整的理解的缘故，菲涅耳区是定义天线的辐射图中的体积的理论上无限数目的同心椭球体之一。第一或最内部菲涅耳区的剖面是圆形的，发射天线与接收天线之间的任何点处的剖面的半径可以根据以下等式确定：
等式1：
其中，Fn是任何点p处的以米为单位的n阶菲涅耳区半径，d1是以米为单位的点p到一个末端的距离，d2是以米为单位的点p到另一末端的距离，并且λ是以米为单位的所发射的信号的波长。因此，最大检测能力的区域将位于雷达发射天线与相应的雷达接收天线之间的中点处。
放置在雷达发射天线1310上面的垫的中心的对象可以影响所有雷达接收天线1308处的所有雷达信道。对于某些使用情况而言并且在一些检测方案中，这可以被认为是不利的，如下文更详细解释的。因此，在一些实施方式(未示出)中，将超过一个雷达发射天线(例如，4个雷达发射天线)放置在基座垫和/或PCB 1312的中心并且将不同的雷达接收天线组指派给雷达发射天线中的每一个可以是有利的。
图14示出了图13的雷达天线的布置1300的侧视图1400。如图14中所示，雷达检测器单元(例如，雷达箱)1402可以基本上被布置在具有减少的厚度或零厚度的铁素体层1304的那部分中的PCB 1312的中心处和正面。这可以有利地虑及基座垫组件的更紧密的结构和减少的尺寸。
图15示出了具有图13中所示的雷达天线布置的印刷电路板1500。PCB 1312可以包括结合图13先前所描述的(一个或多个)布置中的雷达发射天线1310和多个雷达接收天线1308。PCB 1312可以用作针对天线1308/1310、多个天线馈线1502和雷达检测器单元1402的载体。雷达检测器单元1402可以集成所有有源电路，诸如开关、功率分配器、放大器、调制器、解调器以及模拟处理器和数字处理器，如结合图8-图12先前所描述的。
雷达发射/接收天线1308/1310可以是简单垂直四分之一波长单极子天线，其展示90°仰角处的全向方位角辐射图和辐射最小值。对于雷达接收天线1310而言，朝向雷达发射天线1310的一些方向性对于增强检测灵敏度可以是有利的。还可以采用可以印刷在PCB1312上的天线结构，例如，槽天线、“维瓦尔第(Vivaldi)”天线或类似Yagi的多阵元天线。取决于雷达系统的分数带宽(fractional bandwidth)，也可以使用像圆锥形或对数周期多阵元天线或分形天线的宽带天线。如果雷达方案要求具有更多方向性的天线，则可以使用由多个天线组成的相控阵列。相控阵列可以印刷在PCB上(例如，贴片天线阵列)。对于非集成(分立的)方案而言，还可以应用喇叭天线、螺旋天线或诸如菲涅耳透镜的其他结构。
取决于雷达操作频率，可以存在用以最小化传输损耗的PCB 1312的衬底材料的特殊要求。备选地，PCB 1312可以由标准玻璃纤维增强塑料(例如，FR4)制成，然而，其具有针对馈线1502的本地嵌入式低损耗衬底材料。对于馈线1502而言，可以应用已知的微波传输线技术(诸如带线、微带线、共面线、槽线等)中的任一个。由于EM域不受可以在PCB 1312上面和下面的材料影响，因而使用夹在顶部接地平面与底部接地平面之间的金属的扁平带的带线可以被认为是特别有用的。
图16示出了图15的印刷电路板1312的侧视图1600。如所示，雷达检测器单元1402基本上被布置在具有减少的厚度或零厚度的铁素体层1304的那部分中的PCB 1312的中心处和正面。
图17示出了根据示例性实施方式的布置在平面单线圈IPT耦合器(“环形”垫)上的阵列中的、用于发射和接收二者的配对的发射雷达天线和接收雷达天线或单雷达天线的布置1700。如图13中所描述的，该布置1700可以包括导电背板1702、被布置在导电背板1702上的铁素体层1704和被布置在铁素体层1706上的线圈1706。该布置1700可以附加地包括被布置在线圈1706上的PCB 1712。该PCB 1712可以包括雷达天线1708阵列。阵列的每个天线1708可以包括用于传输和接收二者的单天线(如结合图6先前所描述的)或者备选地一对天线(用于发射的第一天线和用于接收的第二天线，如结合图7先前所描述的)。天线1708可以放置在跨越IPT垫和/或PCB 1712的区域的常规图案中。对于s21类型雷达而言，天线可以被配置用于例如阵列中的相邻元件对之间的最短传输路径。
图18示出了图17的雷达天线的布置1700的侧视图1800。如图18中所示，雷达检测器单元1802可以基本上被布置在具有减少的厚度或零厚度的铁素体层1704的那部分中的PCB 1712的中心处和背面。这可以有利地虑及基座垫组件的更紧密的结构和减少的尺寸。
图19示出了具有图17中所示的雷达天线布置的印刷电路板1712。PCB 1712包括结合图17先前所描述的布置中的雷达天线1708阵列。PCB 1712可以用作针对天线1708、多个天线馈线1902以及雷达检测器单元1802的载体。雷达检测器单元1802可以安装在PCB 1802的中心和背面，其中磁通量密度相对低并且其中可以在没有性能的显著损耗的情况下省略铁素体。雷达检测器单元1802可以集成所有有源电路，如结合图8-图12先前所描述的。
雷达天线1708可以印刷在PCB 1712上。适合的天线类型的示例可以包括半波偶极子、双三角形(2D双圆锥形)天线、贴片天线、槽形天线或具有高仰角和足够带宽处的最大增益的类似辐射结构。关于结构，PCB 1712可以与图15的PCB 1312基本上相同。PCB 1712还可以包括针对馈线1902的本地嵌入式低损耗衬底材料，正如结合图15所描述的。
图20示出了图19的印刷电路板1712的侧视图2000。如所示，雷达检测器单元1802基本上被布置在PCB 1712的中心处和背面。
图21示出了根据示例性实施方式的布置在平面双线圈IPT耦合器(“双D”垫)的中心处的雷达发射天线和布置在垫的外围上的多个雷达天线的布置2100。该布置2100可以适于传输类型(s21)雷达系统，如结合图4、图5或图7所描述的。该布置2100可以包括导电背板2102、被布置在导电背板2102上的铁素体层2104、被布置在铁素体层2104上的用于发射无线功率的第一线圈2106和第二线圈2114。该布置2100可以附加地包括被布置在导电背板2102与铁素体层2104之间的PCB 2112。PCB 2112可以包括被布置在第一线圈2106和第二线圈2116的圆角附近和其上的两个未使用的空间中的第一雷达发射天线2110和第二雷达发射天线2114。因此，第一雷达发射天线2110和第二雷达发射天线2114可以基本上定位在PCB2112的中心部分中。在这些位置处，磁通量密度相对低，并且在没有显著性能损耗的情况下，可以删掉铁素体层2104的部分。该天线布置和配置可以提供垫区域的良好覆盖和临界空间中的所有位置处的足够的灵敏度。备选地，第一雷达发射天线2110和第二雷达发射天线2114可以被布置在与第一线圈2106和第二线圈2114(未示出)的中心相一致的PCB 2112上的位置处，与图13中所示的那个类似。PCB 2112可以附加地包括被布置在铁素体层2104未延伸但导电背板2102在其下延伸的基座垫和/或PCB 2112的外围区域(例如，外围)上的多个接收天线2108。
图22示出了图21的雷达天线的布置2100的侧视图2200。如图22中所示，雷达检测器单元2202可以被布置在PCB 2112的正面和某位置处，使得其适配到由两个IPT线圈2106/2116的圆角形成的空间中以及具有减少的厚度和零厚度的铁素体层2104的那部分中。这可以有利地虑及基座垫组件的更紧密的结构和减少的尺寸。
图23示出了具有图21中所示的雷达天线布置2100的印刷电路板2112。该PCB 2112可以包括雷达发射天线2110和2114和多个雷达接收天线2108。该PCB 2112可以用作针对天线2108/2110/2114、多个天线馈线2302和雷达检测器单元2202的载体。雷达检测器单元2202可以集成所有有源电路，如结合图8-图12先前所描述的。
该PCB 2112可以由标准玻璃纤维增强塑料(例如所述FR4)制成，然而，其具有针对馈线2302的本地嵌入式低损耗衬底材料。对于馈线2302而言，可以应用已知的微波传输线技术(诸如带线、微带线、共面线、槽线等)中的任一个。由于EM域不受可以在PCB 2112上面和下面的材料影响，因而使用夹在顶部接地平面与底部接地平面之间的金属的扁平带的带线可以被认为是特别有用的。
图24示出了图23的印刷电路板2112的侧视图2400。如所示，雷达检测器单元2202被布置在具有减少的厚度或零厚度的铁素体层2104的那部分中的PCB 2112的正面。
图25示出了根据示例性实施方式的布置在平面双线圈IPT耦合器(“双D”垫)上的阵列中的用于发射和接收二者的配对的发射雷达天线和接收雷达天线或单雷达天线的布置2500。该布置2500可以包括导电背板2502、被布置在导电背板2502上的铁素体层2504、被布置在铁素体层2504上的第一线圈2506和第二线圈2514。该布置2500可以附加地包括被布置在第一线圈2506和第二线圈2514上的PCB 2512。该PCB 2512可以包括雷达天线阵列。阵列的每个元件2508可以包括用于传输和接收二者的单天线(如结合图6先前所描述的)或者备选地一对天线(用于发射的第一天线和用于接收的第二天线，如结合图7先前所描述的)。天线阵列元件2508可以放置在跨越IPT垫和/或PCB 2512的区域的常规图案中。对于s21类型雷达而言，天线可以被配置用于例如阵列中的相邻元件对之间的最短传输路径。
图26示出了图25的雷达天线的布置2500的侧视图2600。如图26中所示，雷达检测器单元2602可以特别地被成形并且基本上被布置在具有减少的厚度或零厚度的铁素体层2504的那部分中的PCB 2512的背面。这可以有利地虑及基座垫组件的更紧密的结构和减少的尺寸。
图27示出了具有图25中所示的雷达天线布置2500的印刷电路板2512。该PCB 2512包括雷达天线2508阵列。该PCB 2700可以用作针对天线2508、多个天线馈线2702和雷达检测器单元2602的载体。雷达检测器单元2602可以安装在PCB 2512的背面上，其中磁通量密度相对低并且其中可以在没有性能的显著损耗的情况下省略铁素体。雷达检测器单元2602可以集成所有有源电路，如结合图8-图12先前所描述的。
雷达天线2508可以印刷在PCB 2512上。关于结构，PCB 2512可以与图15的PCB1312基本上相同。PCB 2512还可以包括针对馈线2702的本地嵌入式低损耗衬底材料，正如结合图15所描述的。
图28示出了图27的印刷电路板2512的侧视图2800。如所示，雷达检测器单元2602基本上被布置在PCB 2512的背面。
关于图4、图5、图7和图23-图28，由于如在天线端口对之间可见的传播信道可以被认为是互逆的，因而被指示为雷达发射天线的天线可以被配置为雷达接收天线，并且反之亦然。
检测可靠性可以在某种程度上由系统复杂性(例如，雷达信道的数目)来控制，其中检测可靠性可以根据指定误警报概率处的检测概率而定义。天线的数目越大，可以形成的雷达信道越多，并且检测可靠性一般地变得越高。基于s21的雷达系统的天线的适合数目可以是16，而对于基于s11的系统而言，该数目可以是30。
图29示出了示例性实施方式的包括传播路径和雷达收发器内部串扰的雷达系统配置的线性系统模型2900。在系统模型2900中，所描述的所有信号和响应应当被认为是复数基带表示，并且所有离散时间样本应当被认为是复数。该系统模型2900示出了输入到框2902的输入发射脉冲s(t)(其可以是假定的狄拉克脉冲)，框2902表示雷达发射器冲激响应hTX(t)，其包括发射器中的调制器、放大器级和任何线性信号失真效应的脉冲响应，如结合图8和图9中的任一者或两者先前所描述的。该模型可以然后分支为三个分离的框2904、2906和2908。框2904可以表示外来对象的冲激响应hobj(t)，这表示归因于至少一个外来对象的存在的信号传播中的改变。框2906可以表示环境的冲激响应henv(t)，这表示所有传播路径，其可以包括如由雷达系统的灵敏度给定的范围内的任何结构处的直接表面波、反射波和衍射波，其不包括任何外来对象但是包括由发射天线和接收天线以及天线馈线引起的线性失真效应。框2908可以表示针对串扰的冲激响应hxtalk(t)，这表示雷达检测器单元的内部发射-接收路径信号串扰。框2904、框2906和框2908中的每一个的响应可以在加法器2914处求和并且然后传递到框2910，其可以表示接收器的冲激响应hRX(t)(包括输入滤波器、前置放大器、解调器、相关器的冲激响应)和接收器中的任何线性信号失真效应，如结合图8和图9中先前所描述的。框2910的输出可以输入到加法器2916，在加法器2916处与加性噪声分量n(t)求和以输出经模型的接收雷达响应r(t)，其中加性噪声分量n(t)包括任何热噪声效应以及可能地一些相位噪声效应。接收雷达信号r(t)可以输入到采样器2912，其输出接收雷达响应r(t)的离散时间表示，其中，r(n)表示序列中的第n个样本，范围内的数目n涵盖针对特定雷达应用的感兴趣的时间间隔。
模型2900可以主要适用于传输类型(s21)系统(如图4、图5和图7中的任一个所示)或者反射类型(s11)雷达系统(如图6中所示)以及适用于单脉冲雷达，如本文所定义的。而且，模型2900可以适用于发射在接收器中被相关时被转换为脉冲的任何伪随机序列或任何其他信号的雷达系统。可以使用理想的发射脉冲和一些线性失真(脉冲成形)函数对所有这些雷达系统进行建模。在系统是PN序列雷达系统的情况下，发射器冲激响应2902和接收器冲激响应2910还被认为分别包括PN码调制器的脉冲成形和线性失真效应和相关器的线性失真效应。
图30示出了根据示例性实施方式的串扰消除的模型3000。为了最大化外来对象的效应并且因此增强检测性能，可以进一步处理从图29的采样器2912输出的序列r(n)。在一些实施方式中，在信号处理的第一步，加法器3002处从序列r(n)减去所测量的串扰从样本r(n)减去的所测量的串扰可以被认为是连续地所接收的序列rxtalk(n)的经过滤/经平均的版本。r′(n)表示正常系统操作/配置中的所得的时间序列。
图31示出了根据示例性实施方式的用于测量雷达的内部串扰的雷达系统配置的线性系统模型3100。如所示，除了表示外来对象的冲激响应hobj(t)的框2904和表示环境的冲激响应henv(t)的框2906之外，模型3100包括模型2900中所示的所有框。
图32示出了根据示例性实施方式的用于雷达收发器单元中的串扰测量的天线端口终端布置3200。可以通过将发射天线和接收天线分别与发射端口和接收端口断开并且在吸收式开关打开时使用例如以50欧姆电阻器3204和3206终止的吸收式开关来测量雷达检测器单元3202的内部串扰。
在信号处理的第二步中，可以使用均衡滤波器heq(n)对雷达系统的总体冲激响应进行均衡。使对应于时域中的脉冲锐化的总体雷达频率响应均衡或扁平可以导致更高的时间/距离分辨率。更高的时间/距离分辨率对于区分不想要的雷达回波路径和增加外来对象检测系统的灵敏度可以是有利的。如果雷达收发器的系统频率响应将展示比从其理论调制频谱所期望的更强的滚降并且如果接收信噪比(SNR)是足够高的，则均衡可以是特别有用的。
对于该第二步而言，需要所谓的系统冲激响应hsys(n)的第二测量。图33示出了根据示例性实施方式的用于测量雷达系统的冲激响应的天线端口旁路布置3300。可以通过经由衰减器3304/3306将雷达检测器单元3302的发射天线端口直接连接到接收天线端口来测量系统冲激响应。一旦天线端口经由衰减器3304/3306被连接到彼此时，则可以扣除发射路径与接收路径之间的串扰，并且连续接收序列rsys(n)可以被过滤/被平均来获得纯系统冲激响应。
图34示出了根据示例性实施方式的用于测量系统的响应的雷达系统配置的线性系统模型3400。除了表示外来对象的冲激响应hobj(t)的框2904和由表示衰减器3304/3306的冲激响应的框3402替换的表示环境的冲激响应henv(t)的框2906之外(由于其现在表示整个环境冲激响应)，模型3400可以包括图29的模型2900的基本上所有部件。为了示出发射路径与接收路径之间的串扰的扣除，模型3400附加地包括结合图30先前所描述的求和步骤，这提供了输出处的离散时间系统响应rsys(n)。图34的输出rsys(n)可以对应于结合图30先前所描述的输出r′(n)。
一旦已经确定该系统响应rsys(n)，则利用系统响应的逆函数的均衡滤波器可以被用于抵消系统响应。可以通过使用离散傅里叶变换(DFT)版本在离散频域中最好地描述具有输入r′(n)和输出r″(n)的该均衡滤波器：
等式2：R′(k)＝F{r′(n)}和等式3：R″(k)＝F{r″(n)}
其中，F{·}表示离散傅里叶变换(DFT)，并且k表示频率序列的第k个样本。
等式4的所测量的复数系统频率响应的逆被用作均衡滤波器Heq(k)，如由等式5所示：
等式4：
等式5：
均衡滤波器的输出可以在离散频域中被表达为：
等式6：
其中，S(k)＝F{s(n)}，Hsys(k)＝F{hsys(n)}，n(k)＝F{n(n)}.
在第三步中，可以对均衡滤波器的输出进行过滤来减少所接收和所均衡的雷达响应r″(n)的噪声/误差方差。可以使用众所周知的估计理论找到“最佳”噪声滤波器(例如，最小化滤波器输出序列r″(n)中的均方误差)：
等式7：
其中，S(k)＝F{s(n)}＝F{δ(n)}，S(k)*是S(k)的共轭复数，单位样本序列，并且是滤波器输出噪声过程ΦN′(k)＝E{N′(k)N′(k)*}的谱密度的估计，其中，N′(k)表示均衡器之后的噪声过程的实现，并且E{·}表示期望值。
通过针对最佳噪声滤波器检查以上等式7，可以认识到，当信噪比(SNR)高时，滤波器Hopt(k)将使所接收的雷达信号的频率响应自动地变宽，但当SNR低时，则将使频率响应变窄。在低SNR条件中，出于较低的噪声误差的缘故，均衡滤波器Hopt(k)的影响可以导致时间分辨率方面的牺牲。实际上，在低SNR条件处，和Hopt(k)的滤波器级联可以充当噪声降低滤波器。针对的噪声估计器可以是图8和/或图9中所示的雷达检测器单元的信号处理功能的一部分。
在第四步中，可以附加地使用窗函数Hwin(k)来将所接收的经均衡和噪声过滤的雷达响应进行过滤，以抑制由时间/频率处理引起的冲激响应中的旁瓣。然而，加窗将引起时间分辨率中的降低。频域中的适合的窗函数可以具有滚降部分和平坦部分。例如，可以通过升余弦函数定义滚降部分。滚降系数(例如，滚降部分与平坦部分之间的分配)是可以根据要求选择并且适于特定应用的参数。
优选地，可以使用对应于如图36中所示的时域表示的如图35中所示的滤波器函数的频域表示在数字信号处理器上实施滤波函数的级联。图35图示了根据示例性实施方式的用于雷达系统的离散频域后处理级联3500。图36图示了根据示例性实施方式的用于雷达系统的离散时域后处理级联3600。在频域中，卷积操作(*)对应于简单的逐样本复数乘法。频域处理要求接收雷达响应r′(n)首先使用快速傅里叶变换(FFT)转换到离散频域中。在滤波操作之后，序列可以借助于逆FFT转换回来，这提供经均衡、噪声滤波和加窗的时间响应：
等式8：
在相对小外来对象将在具有强信号反射(还被称为雷达杂波)的环境中被检测的情况下，外来对象检测系统可以要求来自待中和的环境的强回波。该过程可以被称为“校准”、“学习”或“杂波消除”。可以通过在任何外来对象不存在的情况下测量和存储参考雷达响应rref(n)并且从每个所接收的雷达响应减去参考响应来执行校准。参考图29的线性系统模型2900，该参考响应rref(n)等价于环境的真实的冲激响应henv(n)的噪声和过滤版本，henv(t)的离散时间版本。
图37图示了根据示例性实施方式的用于系统校准的参考雷达响应扣除的模型。在图37中，在均衡、噪声过滤和加窗之后，通过在加法器3702处从减去存储的参考rref(n)来对时间序列执行校准，递送感兴趣的真实的雷达响应Δr(n)。在缺少外来对象的情况下并且对于完美校准的系统而言，Δr(n)对于所有n实际上是零。因此，放置在检测空间内的足够大的对象将引起非零雷达响应Δr(n)。
在一些其他示例性实施方式中，基于绝对幅度而不是复数样本来执行检测。依赖于绝对幅度消除对于雷达发射器与雷达接收器之间的相位相干性的要求，这使能其中发射单元和接收单元在不同的位置处并且在没有相互相位同步的情况下运行的方案。检测绝对幅度还可以故意地选择为减少来自改变的雷达环境的任何干扰效应，如下文将更详细陈述的。校准可以然后基于绝对幅度而不是复数样本执行。
使用多个天线的系统可以提供可以由Δri(n)表示的多个雷达响应，i＝1..M。索引i被称为空间指数，因为其指定在不同的空间位置处所接收和/或所发射的雷达响应。这M个响应可以使用适当的天线布置和配置中的任一个已经要么通过传输类型(s21)雷达要么通过反射类型(s11)雷达或者通过二者而获得，如结合图4-图7和图13-图28先前所描述的。一般而言，这些雷达响应将不同地受外来对象影响。
存在基于经均衡的、过滤的和“清除的”雷达响应Δri(n)检测对象的若干方法。一个这样的方法使用简单阈值检测来确定外来对象的存在。如果所采集的响应Δri(n)集合中的任一个的至少一个样本具有超过所确定的阈值的幅度|Δri(n)|，i＝1..M，则系统可以做出对象存在的确定。如果没有样本超过所确定的阈值，则可以做出对象不存在的确定。
所确定的阈值可以是通过阈值评估获得的固定值或可变值。其可以是针对所有0≤n≤N-1的常量值，其中，N是序列长度，或者其可以是作为n的函数的可变值。可以从一个或多个连续地接收的雷达响应Δri，j(n)通过统计评估而导出阈值(其中j表示时间索引)，例如使用贝叶斯规则、使用Neyman-Pearson测试权衡检测概率对比误检测概率，通过估计噪声方差、通过根据直方图计算百分位数、通过计算离散函数的矩Δri，j(n)，例如一阶矩(重心)和二阶矩(响应的扩散的度量)。
此外，可以应用时间选通门，这意味着对于对象检测而言，决策过程仅考虑有限的相关时间间隔N1≤n≤N2的样本Δri，j(n)。在又一方法中，在决策过程期间可以考虑时间间隔N1≤n≤N2中的雷达响应Δri，j(n)的峰值的位置。
在又一方法中，基于连续采集的雷达响应Δri，j(n)中的时间改变，可以检测对象。图38图示了根据示例性实施方式的用于雷达系统中的雷达响应的时间差分检测的一阶离散时间无限冲激响应滤波器3800。如图38中所示，时间差分检测可以通过使用延迟元件3804以向加法器3802反馈经负加权(-b1)的单采样延迟响应、通过Δri，j(n)(j＝1，2，...)的时间序列的相关部分的离散时间“高通”滤波来实现。IIR滤波器可以使用多个延迟元件(例如，移位寄存器)而具有高阶。高通滤波可以被认为等同于频繁地重新校正系统。使用时间差分检测，对象在其已经引入检测空间中之后仅对于有限时段是“可见的”。响应以取决于由滤波器系数a0和b1所确定的滤波器的时间常量的速率消失直到响应完全淹没在检测系统的本底噪声以下。然而，当从检测空间移除对象时，其可以再次变为可见的。该方法可以在很大程度上是对校准误差不灵敏的并且可以甚至一起消除对于校准的需要。
在又一方法中，基于在时间j处并发地采集的雷达响应Δri，j(n)(其中，i＝1..M)集合中的差异，可以检测对象。在示例性实施方式中，如果集合Δri，j(n)包含其中超过阈值的至少一个响应和其中未超过阈值的至少一个响应，则系统确定外来对象的存在。在集合Δri，j(n)中的所有值超过阈值的情况下，确定环境(例如，干扰)的改变并且外来对象被认为是不存在的。该决策方法或类似决策方法可以被分类为空间差分检测方法。
在需要最大鲁棒性以应对环境改变的情况下，还可以组合以上检测方法来形成空间差分和时间差分联合检测。例如，假如采集速率是足够高的，则对象检测可以扩展到多普勒频域。这样的方法对于在移动对象与非移动对象之间进行区分可以是有用的。在示例性方法中，连续采集的雷达响应的序列被转换为离散多普勒域。这可以使用单独地针对每个时间延迟n的滑动或移动DFT并且在根据等式9-12的ND个连续的样本Δri，j(n)的块上实现：
等式9：
等式10：
等式11：
等式12：
所得2维样本集合ΔRi，j(k，n)可以被称为移动散射函数，其针对每个雷达信道i每个时间点j而更新。散射函数通过使用时间延迟选通门和多普勒频移选通门来在移动对象与非移动对象之间进行区分而使能选择性地时间延迟域和多普勒频移域中的至少一个中的对象的检测。而且，决策过程可以考虑时间延迟域与多普勒频移域之一中的经选通门的散射函数ΔRi，j(k，n)的峰值以及并发采集的ΔRi，j(k，n)(其中，i＝1..M)中的差异。
为了降低所需要的计算能力，在已经采集ND个雷达响应之后，可以分块执行DFT仅仅一次。备选地，基于递归(无限响应)算法(例如，使用Goerzel算法)，DFT可以被实施为移动DFT。
在另一实施方式中，数字低通滤波器和数字高通滤波器可以被用于在来自移动对象的响应与来自非移动对象的响应之间进行区分。在又一实施方式中，计算两个连续采集的雷达响应的对应的样本之间的相位差以在来自移动对象的响应与来自非移动对象的响应之间进行区分。为了降低噪声，可以利用附加的时间平均。
在又一实施方式中，利用简单CW雷达信号，并且仅在多普勒频移域中执行检测。然而，这样的实施方式可能不能够检测固定对象。在多径传播环境中，由于各种传播路径一般地由多普勒效应不同地影响，因而可以使从移动外来对象所接收的多普勒频移域中的雷达响应分散或散射。
可以在雷达图像中表示雷达响应，使得特性图案变为“可见的”，例如，出于图案识别、图形用户界面监测或演示系统的运行的目的。
对于根据本发明的示例性实施方式的基于具有数目K个TX天线并且针对每个TX天线具有数目M个RX天线(因此M个雷达信道)的s21类型的系统而言，可以通过在极坐标(蜘蛛)图上径向地映射雷达响应获得雷达图像，如图39和图40中所示。图39示出了根据示例性实施方式的外来对象存在的校准系统的雷达响应的示例性雷达图像3900。图40示出了根据示例性实施方式的在车辆已经移动之后的校准系统的雷达响应的示例性雷达图像4000。在图39和图40二者中，离散时间延迟n被径向地映射为与每个示图的中心的距离ρ，每个雷达信道i被映射到离散角θi处的不同的径向、邻角θi-1和θi+1优选地对应于物理上相邻的雷达接收天线，其中，可以通过从每个绘图的中心径向延伸的虚线表示每个角。样本|Δri，j(n)|的强度被映射在z方向上，其可以借助于2D黑白绘图、2D或3D伪颜色绘图、2D或3D轮廓线绘图等显示。2D内插函数可以被用于显示平滑外观而不是离散点。优选地，针对属于多个雷达信道的每个雷达发射天线单独地产生雷达图像。
对于根据本发明的示例性实施方式的基于具有数目M个雷达发射/接收天线或并置的雷达发射天线和雷达接收天线的s11类型的系统而言，可以产生虚拟4D雷达图像。这可以通过将雷达响应与笛卡尔坐标系中的点阵列相关联来实现，点(x，y)表示天线的物理位置，样本|Δri，j(n)|的离散时间和强度相应地被映射在u轴和v轴上。可以通过对产生针对所选择的时间延迟实例n的一系列2D伪颜色绘图的图像进行切片使4D图像可视化。
对于根据本发明的示例性实施方式的基于如上文所描述的时间延迟域和多普勒域中的检测的系统而言，可以借助于2D黑白绘图、2D或3D伪颜色绘图、2D或3D轮廓线绘图等使用适合的内插函数或平滑函数显示散射函数。2D内插函数可以被用于实现平滑外观而不是离散点。优选地，针对每个雷达信道单独地产生散射图。
在外来对象检测系统基于多普勒域中的单一检测的情况下，可以通过将多普勒响应(多普勒谱)径向地映射在极坐标(蜘蛛)图上获得雷达图像，如结合图39和图40先前地所描述的。
还可以根据在时间延迟域中、在多普勒域中或在这两个域中的连续采集的雷达响应来创建雷达图像。这些图像可以被认为是雷达图像(例如，移动图像)的时间序列。
在存在车辆的情况下，除直接表面路径之外，如从s21类型系统的不同的接收器获得的雷达响应将通常地表现出来自于车辆的车身底座结构处或车辆垫处反射的传播路径(波模式)所传出的更强并且延迟的分量。一些延迟的分量可以甚至经由多跳路径到达接收天线。这些是对车辆结构和基座垫表面的交替地反弹的波。
图41图示了根据示例性实施方式的示例性雷达系统4100中的多径雷达传播。多径传播场景可以对应于具有中心雷达发射天线和沿着基座垫的外围放置的多个雷达接收天线的s21类型雷达系统，如先前结合图4、图5、图7、图13-图16和图21-图24中的任一个所描述的。为了清晰起见，示出并且标记仅主要传播路径，如由标记1-8的圆形所示。在图42和图43中相应地显示了如在雷达接收天线4112和4114中的每一个处可能获得的相关联的分解的雷达响应。这些响应应当仅被认为是定性地说明性的而非定量地正确的。
场景4100可以包括具有表面4124的基座垫其、雷达发射天线4102、至少第一雷达接收天线4112和第二雷达接收天线4114。还示出了车辆或车辆垫的表面4126、待监测的临界空间内的外来对象4128和由雷达发射天线4102发射并且由第一雷达接收天线4112和第二雷达接收天线4114之一或两者接收的雷达信号的八(8)个示例性传播路径。传播路径1可以对应于雷达发射天线4102与第一雷达接收天线4112之间的直接路径。传播路径2可以对应于雷达发射天线4102与第一雷达发射天线4112之间、包括车辆表面4126的单个反射的传播路径。传播路径3可以对应于雷达发射天线4102与第一雷达接收天线4112之间、包括车辆表面4124和基座垫表面4124二者的多个反射的传播路径基座垫。传播路径4可以对应于雷达发射天线4102与第一雷达接收天线4112之间、包括外来对象4128的反射的传播路径外来对象。传播路径5可以对应于雷达发射天线4102与第一雷达接收天线4112之间、包括外来对象4128和车辆表面4126二者的多个反射的传播路径外来对象。
传播路径6可以对应于雷达发射天线4102与第二雷达接收天线4114之间的直接传播路径。传播路径7可以对应于雷达发射天线4102与第二雷达发射天线4114之间、包括车辆表面4126的单个反射的传播路径。并且，传播路径8可以对应于雷达发射天线4102与第二雷达接收天线4114之间、包括车辆表面4126和基座垫表面4124二者的多个反射的传播路径基座垫。注意，图42中所示的八个传播路径是示例性而非穷举的。
如先前所描述的。图42图示了用于与图41的第一接收天线4112相关联的发射传播路径的理想化的分解的雷达响应4200。如所示，图41的传播路径1-5与图41的第一接收天线4112相关联。图43图示了用于与图41的第二接收天线4114相关联的发射传播路径的理想化的分解的雷达响应4300。如所示，图41的传播路径6-8与图41的第二接收天线4114相关联。
在使用单个雷达发射天线和多个雷达接收天线的系统中，定位在远离发射天线的位置处的外来对象主要地影响最靠近对象的接收天线的雷达响应。然而，如果对象被放置在发射天线附近，则其一般影响所有接收天线的响应，这取决于其雷达剖面、形状和取向。
对于3维空间中的FOD的大多数方法(包括基于雷达的方法)的一个主要挑战是车辆的运动。停在感应充电基座上的车辆不能被认为是绝对静态的。进入或者离开车辆的人或其他负载以及风力、降雪、胎压的改变等可以引起车辆的车身底座结构相对于可以集成雷达天线的基座单元的位置的零星或频繁的或小或大的运动。这样的运动可以被认为是环境的雷达响应henv(t)的改变，如先前结合图29所描述的。这样的改变可以使先前的校准暂时或永久地无效。基于雷达的FOD方法对这样的改变的易感性可以取决于用于雷达系统的频率或波长以及对外来对象的系统通用灵敏度。波长越短，系统对车辆的运动可以越灵敏。
然而，车辆底盘的运动非常可能以类似的方式并且同时影响所有雷达信道。这样的假定对于如图4、图5和图7中所示的s21类型雷达系统以及如图6中所示的s11类型雷达系统二者可以是有效的。该特性可以被用于减轻来自移动车辆的干扰影响并且在对象与不想要的环境影响之间进行区分。
还可以使用车载安装在车辆上的加速度计来检测车辆底盘的运动。可以将来自加速度计的信号与雷达响应进行相关，以便减轻来自移动车辆的干扰影响。这样的系统可以使来自车辆上的至少一个加速度计的信号与雷达响应的时间序列进行相关以用于在移动外来对象与移动车辆底盘之间进行区分。如果相关超过定义阈值，则检测被认为是由车辆的运动引起的。
对于基于雷达的方法的另一挑战可以是集成雷达系统的基座单元的表面上的雪、冰或水。这些环境因素还可能引起雷达响应的改变，其可以使校准无效并且可能随时间变化。使用时间差分检测(例如，具有足够短的时间常量的高通滤波)的系统可以能够处理车辆的缓慢运动但是不能处理诸如例如由反弹的车辆底盘产生的那些突然改变。然而，如上文所描述的基于时间差分检测和空间差分检测二者的系统可以能够处理缓慢以及零星的快速运动。
可以使用智能化设计的天线布置和复杂的图案识别算法满足以上挑战。外来对象以及雷达环境的变化或干扰可以展现雷达响应中的特性图案。可以在根据上文所公开的方法产生的雷达图像中(例如，在时间延迟域中、在多普勒域中、在这两个域中)或根据移动雷达图像的时间序列找到这样的特性图案。
根据示例性实施方式的系统可以使用图案识别以用于在外来对象与干扰之间进行区分。图案识别算法可以在时间延迟域和多普勒域中的至少一个中的特性图案上进行训练。其还可以基于雷达图像的时间序列中的特性图案来训练。
根据本发明的示例性实施方式的另一系统使用自适应图案识别，这意味着例如系统取决于车辆的存在或不存在而应用不同的检测方案和决策准则。示例性系统可以在车辆不存在的情况下主要依赖于空间差分检测方案，而在存在车辆的情况下使用时间差分检测和空间差分检测二者。
在时间延迟响应(延迟频谱)中的特性图案上对根据本发明的示例性实施方式的又一系统进行训练。如在不同的接收器位点处所测量的延迟频谱中的某些特性和相互关系以及其时间演化可以帮助在来自移动对象的响应与来自雷达环境的杂波之间进行区分。雷达杂波可以产生具有如在图40中所示的更均匀扩散的图像，而对象则生成如在图39中示范性地所示的更集中的图案。这样的特性对于具有定位在不同位置处的至少两个TX天线的天线配置(例如，如在图17、图21或图24中所示)可以变得明显。
在示例性实施方式中，系统可以计算雷达图像中的时间延迟的一阶矩(重心)和二阶矩(代表扩散)中的至少一个以用于在外来对象与雷达杂波之间进行区分。可以利用如上文所描述的成像方法之一获得雷达图像。另一示例性实施方式基于雷达响应中获得的时间延迟数据，使用三角测量方法(例如，到达时间(TOA))。
根据本发明的示例性实施方式的第四系统使用简单CW雷达系统并且使用多普勒域中的图案识别。如在不同的接收器位点处所测量的多普勒频谱中的某些特性和相互关系以及其时间演变可以帮助在来自移动外来对象的响应与雷达杂波之间进行区分。在示例性实施方式中，系统可以计算雷达图像中的多普勒的一阶矩(重心)和二阶矩(代表扩散)中的至少一个。可以利用如上文所描述的成像方法之一获得雷达图像。
另一示例性实施方式基于多普勒频谱中获得的多普勒数据使用三角测量方法(例如，到达频率(FOA)技术)来确定临界空间内的对象并且对定位在该空间外的移动对象和/或车辆底盘的运动进行区分。
根据本发明的示例性实施方式的另一系统使用适合地设计的天线布置和算法，其一起组合表现得像临界空间周围的微波保护区或“幕”。在该区域内经过的具有可检测大小的任何对象都将被潜在地检测。
根据示例性实施方式的又一系统使用可部署的天线或可部署的天线系统。图47图示了根据示例性实施方式的车辆侧可部署的平面雷达天线4722。虽然如单个天线4722所示，本申请预期了其中单个天线4722包括多个天线的布置。当车辆已经停在充电基座垫4724上时，可以部署天线4722。该可部署的天线4722可以是车辆安装的(如图47中所图示的)或可以备选地是充电基座垫4724的一部分。如果是车辆安装的并且不在使用中时，天线4722可以被塞在车辆的车身底座4726中的凹座4728中。为了使用(例如，在功率传输被激活之前)，一个或多个天线4722可以被部署并且被降低到适于监测临界空间的高度。天线系统可以是平面相控阵列、喇叭天线(针对TX和RX)对之一或提供足够的方向性的任何天线类型之一。
基于雷达的外来对象检测的另一方法使用至少一个定向TX/RX天线和用于监测临界空间的扫描技术。为了扫描临界空间，可以使至少一个雷达天线的波束电子地或机械地转向。
在根据基于雷达扫描的示例性实施方式的又一系统中，可以使用作为平面(2D)相控阵列的至少一个天线对临界空间进行监测。这样的天线可以是基座充电子系统的一部分或可以备选地布置在车辆侧。天线可以是被布置在适于监测空间的位置处的单独的(非集成)单元。如果被布置在车辆侧，则当不在使用中时，天线可以被塞在车辆的车身底座中的凹座中并且部署用于以图47中所图示的方式使用。
在根据基于雷达扫描的示例性实施方式的又一系统中，可以使用机械移动(例如，旋转或摇摆)的至少一个天线对临界空间进行监测。天线可以包括单个TX/RX喇叭天线或针对TX和RX的喇叭天线对。如果被安装在车辆侧，则喇叭天线当不在使用中时可以被塞在车辆的车身底座中的凹座中并且例如在功率传输被激活之前可以部署以使用。
在针对基于雷达扫描的外来对象检测的另一系统中，可以使用TX/RX雷达天线的线性(一维)阵列扫描临界空间。图48图示了根据示例性实施方式的具有用于检测外来对象4828的雷达天线的线性阵列4810的车辆侧雷达系统的多个连续视图4800-4803。虽然仅一个天线是可见的，阵列4810可以具有布置在沿着垂直于车辆的运动的方向的进出图48的方向行进的一维阵列中的多个天线。阵列4810可以具有至少临界空间的宽度(未示出)的阵列4810的方向上的宽度(或长度)。天线阵列4810可以被安装在车辆4826的底部处的适合的位置处并且在车辆的运动的主要方向上的车辆充电垫前面或后面(示出为移动方向箭头的方向上的车辆垫的左边的偏移)。运动的该主要方向可以平行于关于车辆的要么前向要么反向的车辆的未转动的轮胎的方向。这样的布置确保当车辆接近充电基座垫4824时，线性阵列4810首先在临界空间上移动使得当车辆已经停止在用于充电的“甜蜜点”上时，已经充分地扫描临界空间。例如，在连续视图4800、4801、4802和4803中的每一个中所示的位置处取得的连续采集的雷达响应连同实时车辆位置数据可以后处理诸如以产生临界空间的3D雷达地形图像。然后，基于地形图像，可以使用图案识别技术来检测外来对象4828。后处理可以包括合成孔径雷达(SAR)技术之一。
当车辆移动时，雷达扫描还可以使用电子波束操控并且使垂直于行驶方向的方向上的波束转向而实现。该方法可以利用与比可以在至少临界空间的宽度的长度上延伸的上文结合图48所描述的线性阵列物理上更短的天线系统(例如，相控阵列)而工作。
可以从车辆速度传感器(例如，车轮速度传感器)、从车辆车载的加速度计或从如上文所描述的被用于引导和对准的定位系统而获得位置数据。
当车辆移动时，雷达扫描可以被用于当车辆已经停在“甜蜜”点上时，确定临界空间是否是“清除的”(没有外来对象)。本文所描述的另一检测方法之一可以适于当车辆被停止例如以用于充电时，对临界空间进行监测。
雷达扫描还可以是用于检测系统中的道路上的外来对象的方案，其中，例如，当移动时，使用嵌入道路内的无线充电基础设施对车辆进行充电(动态充电和半动态充电)。外来对象检测对于其中车辆缓慢地移动或暂时保持不动的半自动充电被认为是特别重要的。在车辆速度足够高的情况下，外来对象暴露于强磁场的持续时间可以足够短使得其不会加热到大于临界温度。这在使用众多道路嵌入式IPT耦合器区段的动态系统中更是如此，这些IPT耦合器区段比车辆的长度更短并且可以仅针对车辆在该电源段上面的时间段被激活。
根据示例性实施方式的另一系统可以使用基座单元或车辆单元中的至少一个的除霜或加热来避免上文所提到的关于冰和雪的问题。
根据示例性实施方式的又一系统可以在车辆垫的外壳中和/或在周围的车辆车身底座结构上使用微波吸收性材料和/或表面来减少来自雷达环境(例如，来自车辆)的影响，这可以改善检测可靠性。
有源表面(例如，超材料)可以被用于以已知的方式修改来自雷达环境的响应。这些有源表面可以电可控的，以便对反射信号进行调制、相移和/或频移。根据示例性实施方式的系统使用有源表面以用于在外来对象与雷达杂波之间进行区分。
根据本发明的示例性实施方式的另一系统使用一个或多个不同的无源应答器或有源应答器或标签来标记由车辆重新发射的信号。重新发射的信号可以是以下中的至少一个：所接收的信号的经调制的、经时移的、经相移的和经频移的版本。这些重新发射的信号的签名可以用作用于在由外来对象影响的响应与来自环境的响应之间进行区分的至少部分基础。
根据示例性实施方式的另一系统可以利用用于摇动或振动外来对象的装置(means)。移动或振动对象可以产生可以对在外来对象与雷达杂波之间区分有帮助的多普勒频谱中的特性图案。对于金属对象而言，这样的装置可以是脉冲磁场。可以通过基座IPT耦合器线圈生成脉冲磁场，例如，通过利用IPT电源的周期性开关切换来调制初级电流或通过操作来自以两倍电力线频率(例如，100Hz、120Hz)产生半正弦波调制的未过滤的DC电源的IPT系统。可以通过金属对象中感应的涡电流解释该效应。根据楞次定律，感应的涡电流引起初级线圈与对象之间的磁力(洛伦兹力)。对于在f0处操作的IPT系统而言，可以在静力以及具有取决于磁场的等级和梯度的强度的双倍频率2f0处的交变力中分解这些力。如果f0处的初级场是由超低频(例如，＜200Hz)幅度调制的，则“静态”分量可以产生对象的轻微振动，其中，振动幅度大部分取决于对象的大小和质量。
可以组合和/或以互补方式使用上文所公开的方法和装置。其还可以组合或以互补方式与在本文中未特别地陈述或公开的其他检测方法一起使用。
根据本发明的示例性实施方式的另一系统以互补方式使用感应感测方法和微波雷达方法的组合之一。例如，这样的系统可以使用感应感测以用于检测定位在集成感应传感器的表面上或其附近的金属对象，而使用微波雷达以用于检测未由感应感测覆盖的互补空间中的任何外来对象。另一实施方式可以使用更灵敏的感应方法以用于在车辆不在时检测较大的三维空间中的金属对象，然而，当车辆存在时(例如，停在基座单元上)，感应感测可以结合微波雷达方法被用于表面附近的对象，如上文所描述的。
基于雷达的FOD的一些部件和功能还可以协同地被用于出于车辆引导和对准目的的车辆定位。根据示例性实施方式的系统使用协同地针对FOD和定位的至少一个雷达系统部件。该部件可以是以下中的至少一个：雷达发射器、雷达接收器和雷达应答器。雷达应答器可以是有源应答器和无源应答器之一并且其可以是车辆的一部分或者基座充电单元的一部分。定位可以基于到达时间(TOA)三角测量方法和到达频率(FOA)三角测量方法中的至少一个。
图44是根据示例性实施方式的用于预定空间中的对象的基于雷达的检测的示例性方法的流程图4400。可以在如结合图29-图43进一步讨论的图4、图5、图7、图8-图16和图21-图24中所示的电路、设备和布置中的任一个中实施(或由其执行)图44中所描述的步骤或动作。框4402可以包括从被布置在印刷电路板的中心部分上的至少一个雷达发射天线发射雷达信号。框4404可以包括利用被布置在印刷电路板的外围上的多个雷达接收天线的至少子集来接收雷达信号。框4406可以包括基于所接收的雷达信号的至少一个特性，利用雷达处理电路确定对象的存在。例如，在一个实施方式中，雷达处理电路可以是如先前结合图8和图9中的任一个所描述的电路。框4408可以包括至少部分基于对象的存在的确定，向被布置在印刷电路板上的无线充电器的第一发射线圈供电。
图45是根据示例性实施方式的用于预定空间中的对象的基于雷达的检测的示例性方法的另一流程图4500。可以在如结合图29-图43进一步讨论的图6、图8-图12、图17-图20和图25-图28中所示的电路、设备和布置中的任一个中实施(或由其执行)图45中所描述的步骤或动作。框4502可以包括从被布置在印刷电路板上的阵列中的多个雷达天线的至少一个天线发射雷达信号。框4504可以包括从多个雷达天线中的至少一个天线接收雷达信号。框4506可以包括基于所接收的雷达信号的至少一个特性，利用雷达处理电路来确定对象的存在。例如，在一个实施方式中，雷达处理电路可以是如先前结合图8和图9中的任一个所描述的电路。框4508可以包括至少部分基于对象的存在的确定，确定是否向被布置在印刷电路板上的无线充电器的第一发射线圈供电。
图46是根据示例性实施方式的用于预定空间中的对象的基于雷达的检测的示例性方法的另一流程图4600。可以在图8-图12、图47和图48中所示的电路、设备或布置中的任一个中实施(或由其执行)图46中所描述的步骤或动作。框4602可以包括当车辆在车辆的运动的主要方向上移动时，利用车辆上的至少一个雷达天线将雷达信号发射到车辆的无线功率接收器与无线充电器之间的空间中。框4604可以包括利用至少一个雷达天线接收雷达信号。框4606可以包括基于雷达信号的至少一个特性，利用雷达处理电路确定对象的存在。例如，在一个实施方式中，雷达处理电路可以是如先前结合图8和图9中的任一个所描述的电路。框4608可以包括至少部分基于对象的存在的确定，提供从无线充电器接收功率的指示。
可以通过能够执行操作的任何适合的装置(诸如各种硬件和/或(一个或多个)软件部件、电路和/或(一个或多个)模块)执行上文所描述的方法的各种操作。一般地，可以通过执行操作的对应的功能装置执行附图中所图示的任何操作。
可以使用各种不同的技术和技术中的任一个表示信息和信号。例如，可以通过电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或其任何组合表示可以贯穿以上描述引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片。
结合本文所公开的实施方式所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和方法步骤可以被实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的该可互换性，上文已经一般地根据其功能性描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能是否被实施为硬件或软件取决于施加在总体系统上的特定应用和设计约束。可以以针对每个特定应用的不同的方式实施所描述的功能，但是这样的实施方式决策不应当被解释为使得脱离实施方式的范围。
可以利用被设计为执行本文所描述的功能的通用硬件处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合实施或执行结合本文所公开的实施方式所描述的各种说明性框、模块和电路。通用硬件处理器可以是微处理器，但是在备选方案中，硬件处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。硬件处理器还可以被实施为计算设备的组合，例如DSP和微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核心或任何其他这样的配置的组合。
可以以硬件、以由硬件处理器执行的软件模块或以两者的组合直接实施结合本文所公开的实施方式所描述的方法步骤和功能。如果以软件实施，则功能可以被存储在有形非暂态计算机可读介质上或作为一个或多个指令或代码在其上发射。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪速存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移除磁盘、CD ROM或本领域已知的任何其他形式的存储介质。存储介质耦合到硬件处理器，使得硬件处理器可以从存储介质读取信息并且将信息写入到存储介质。在备选方案中，存储介质可以集成到硬件处理器。如本文所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软盘和其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。以上组合还应当被包括在计算机可读媒体的范围内。硬件处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在备选方案中，硬件处理器和存储介质可以作为分立部件驻留在用户终端中。
出于概述本公开的目的，在本文中已经描述了某些方面、优点和新颖特征。应理解到，可以不必根据任何特定实施方式实现所有这样的优点。因此，在不必实现如在本文中可以教导或提出的其他优点的情况下，可以以实现或优化如在本文中所教导的一个优点或优点组的方式实现或执行本发明。
上文所描述的实施方式的各种修改将是容易明显的，并且在不脱离本申请的精神或范围的情况下，本文所定义的一般原理可以适于其他实施方式。因此，本申请不旨在限于本文所示的实施方式，而是将符合与本所公开的原理和新颖特征一致的最宽的范围。

Claims (30)

1.一种用于检测对象的存在的装置，包括：
印刷电路板；
被安置在所述印刷电路板的中心部分上的至少一个雷达发射天线；
被安置在所述印刷电路板的外围上的多个雷达接收天线，每个所述雷达接收天线被配置为从所述至少一个雷达发射天线接收雷达信号；以及
被安置在所述印刷电路板上方的无线充电器的第一发射线圈。
2.根据权利要求1所述的装置，所述第一发射线圈围绕所述至少一个雷达发射天线。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括被安置在邻近所述第一发射线圈的所述无线充电器的第二发射线圈，所述至少一个发射天线被安置在邻近所述第一发射线圈和第二发射线圈中的每一个发射线圈的角落、并且被安置在所述第一发射线圈和第二发射线圈中的每一个发射线圈之间。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括被安置在邻近所述第一发射线圈的所述无线充电器的第二发射线圈；并且所述至少一个雷达发射天线包括第一雷达发射天线和第二雷达发射天线，所述第一发射线圈围绕所述第一雷达发射天线，并且所述第二发射线圈围绕所述第二雷达发射天线。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括雷达处理电路。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述雷达处理电路被配置为通过以下操作来消除所述至少一个雷达发射天线与所述多个雷达接收天线之间的串扰：
将所述至少一个雷达发射天线和所述多个雷达接收天线与所述雷达处理电路断开；
确定所述雷达处理电路中所感应的串扰信号；以及
从所接收的所述雷达信号扣除所述串扰信号。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述雷达处理电路被配置为通过以下操作来对所述装置的冲激响应进行均衡：
当雷达处理单元的发射天线端口被连接到所述雷达处理单元的接收天线端口时，测量所述装置的所述冲激响应；
将具有所测量的所述冲激响应的逆函数的均衡滤波器应用到所接收的所述雷达信号。
8.根据权利要求5所述的装置，其中所述雷达处理电路被配置为利用以下各项中的至少一项来检测所述对象的所述存在：
时间差分检测，其中所述雷达处理电路被配置为：
对所接收的所述雷达信号进行滤波；
当经滤波的所接收的所述雷达信号超过预定阈值时，确定所述对象的所述存在；以及
空间差分检测，其中所述雷达处理电路被配置为：当来自所述多个雷达接收天线的子集中的至少一个雷达接收天线的所接收的所述雷达信号超过预定阈值、并且来自所述多个雷达接收天线的所述子集的至少一个其它雷达接收天线的所接收的所述雷达信号未超过所述预定阈值时，确定所述对象的所述存在。
9.一种用于操作用以检测对象的存在的装置的方法，包括：
从被安置在印刷电路板的中心部分上的至少一个雷达发射天线发射雷达信号；
利用被安置在所述印刷电路板的外围上的多个雷达天线的至少子集来接收所述雷达信号；
基于所接收的所述雷达信号的至少一个特性，利用雷达处理电路来确定所述对象的存在；以及
至少部分基于所述对象的所述存在的所述确定，向被安置在所述印刷电路板上方的无线充电器的第一发射线圈供电。
10.根据权利要求9所述的方法，所述第一发射线圈围绕所述至少一个雷达发射天线。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括：向被安置在邻近所述第一发射线圈的所述无线充电器的第二发射线圈供电，所述至少一个发射天线被安置在邻近所述第一发射线圈和第二发射线圈中的每一个发射线圈的角落、并且被安置在所述第一发射线圈和第二发射线圈中的每一个发射线圈之间。
12.根据权利要求9所述的方法，所述至少一个雷达发射天线包括第一雷达发射天线和第二雷达发射天线，所述第一发射线圈围绕所述第一雷达发射天线，并且第二发射线圈围绕所述第二雷达发射天线。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括消除所述至少一个雷达发射天线与所述多个雷达接收天线之间的串扰，所述消除包括：
将所述至少一个雷达发射天线和所述多个雷达接收天线与雷达处理电路断开；
确定所述雷达处理电路中所感应的串扰信号；以及
从所接收的所述雷达信号扣除所述串扰信号。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括对所述装置的冲激响应进行均衡，所述均衡包括：
当雷达处理单元的发射天线端口被连接到所述雷达处理单元的接收天线端口时，测量所述冲激响应；
将具有所测量的所述冲激响应的逆函数的均衡滤波器应用到所接收的所述雷达信号。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述确定所述对象的所述存在包括以下各项中的至少一项：
时间差分检测，包括：
对所接收的所述雷达信号进行滤波；
当经滤波的所接收的所述雷达信号超过预定阈值时，确定所述对象的所述存在；以及
空间差分检测，包括：当来自所述多个雷达接收天线的所述子集的至少一个雷达接收天线的所接收的所述雷达信号超过预定阈值、并且来自所述多个雷达接收天线的所述子集的至少一个其它雷达接收天线的所接收的所述雷达信号未超过所述预定阈值时，确定所述对象的所述存在。
16.一种用于检测对象的存在的装置，包括：
至少一个雷达天线，被附接到无线地可充电的车辆并且被配置为：
当所述车辆在所述车辆移动的主要方向上移动时，将雷达信号发射到所述车辆的无线功率接收器与无线充电器之间的空间中；
接收所述雷达信号；
雷达处理电路，被配置为：
基于所接收的所述雷达信号的至少一个特性，确定所述对象在所述空间中的存在；以及
至少部分基于所述确定所述对象的所述存在，提供用以从所述无线充电器接收功率的指示。
17.根据权利要求16所述的装置，所述至少一个雷达天线被配置为：当不在使用中时被储备在所述车辆的凹座中，以及当在使用中时被部署到在所述凹座的外面的、足以确定所述对象的所述存在的高度。
18.根据权利要求16所述的装置，所述至少一个雷达天线被配置为当在使用中时以旋转方式或摇摆方式之一而移动。
19.根据权利要求16所述的装置，所述至少一个雷达天线包括沿着基本上垂直于所述车辆的运动的所述主要方向的维度被布置在阵列中的多个雷达天线。
20.根据权利要求16所述的装置，所述至少一个雷达天线在所述车辆的运动的所述主要方向上被安置距所述无线功率接收器预定距离。
21.根据权利要求16所述的装置，其中所述雷达处理电路被配置为通过以下操作来消除串扰：
将所述至少一个雷达天线与所述雷达处理电路断开；
确定所述雷达处理电路中所感应的串扰信号；以及
从所接收的所述雷达信号扣除所述串扰信号。
22.根据权利要求16所述的装置，其中所述雷达处理电路被配置为通过以下操作来对所述装置的冲激响应进行均衡：
当雷达处理单元发射天线端口被连接到所述雷达处理单元的接收天线端口时，测量所述冲激响应；
将具有所测量的所述冲激响应的逆函数的均衡滤波器应用到所接收的所述雷达信号。
23.根据权利要求16所述的装置，其中所述雷达处理电路被配置为利用以下各项中的至少一项来检测所述对象的所述存在：
时间差分检测，其中所述雷达处理电路被配置为：
对所接收的所述雷达信号进行滤波；
当经滤波的所接收的所述雷达信号超过预定阈值时，确定所述对象的所述存在；以及
空间差分检测，其中所述雷达处理电路被配置为：当来自所述至少一个雷达天线中的一个雷达天线的所接收的所述雷达信号超过预定阈值、并且来自所述至少一个雷达天线中的另一个雷达天线的所接收的所述雷达信号未超过所述预定阈值时，确定所述对象的所述存在。
24.一种用于操作用以检测对象的存在的装置的方法，包括：
当车辆在所述车辆的运动的主要方向上移动时，利用所述车辆上的至少一个雷达天线将雷达信号发射到所述车辆的无线功率接收器与无线充电器之间的空间中；
利用所述车辆上的所述至少一个雷达天线来接收所述雷达信号；
基于所接收的所述雷达信号的至少一个特性，确定所述对象的存在；以及
至少部分基于所述确定所述对象的所述存在，提供用以从所述无线充电器接收功率的指示。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：
当不在使用中时，将所述至少一个雷达天线储备在所述车辆的凹座中；以及
当在使用中时，将所述至少一个雷达天线部署到在所述凹座的外面的、足以检测所述对象的所述存在的高度。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括：在所述发射和所述接收中之一期间以旋转方式或摇摆方式之一移动所述至少一个雷达天线，或者在所述发射和所述接收两者期间以旋转方式或摇摆方式之一移动所述至少一个雷达天线。
27.根据权利要求24所述的方法，还包括通过以下操作来消除串扰：
将所述至少一个雷达天线与所述装置的雷达处理电路断开；
确定所述雷达处理电路中所感应的串扰信号；以及
从所接收的所述雷达信号扣除所述串扰信号。
28.根据权利要求24所述的方法，还包括对所述装置的冲激响应进行均衡，所述均衡包括：
当雷达处理单元发射天线端口被连接到所述雷达处理单元的接收天线端口时，测量所述冲激响应；
将具有所测量的所述冲激响应的逆函数的均衡滤波器应用到所接收的所述雷达信号。
29.根据权利要求24所述的方法，其中，所述确定所述对象的所述存在包括以下各项中的至少一项：
时间差分检测，包括：
对所接收的所述雷达信号进行滤波；
当经滤波的所接收的所述雷达信号超过预定阈值时，确定所述对象的所述存在；以及
空间差分检测，包括：当来自所述至少一个雷达天线的所接收的所述雷达信号超过预定阈值、并且来自所述至少一个雷达天线中的另一个雷达天线的所接收的所述雷达信号未超过所述预定阈值时，确定所述对象的所述存在。
30.根据权利要求24所述的方法，其中所述确定所述对象的所述存在包括：当来自所述至少一个雷达天线中的每一个雷达天线的所接收的所述雷达信号超过预定阈值时，将车辆的移动标识为所述对象的误存在。
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