CN106537170A - 雷达系统中的分布式雷达信号处理 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种级联雷达系统，其包含：第一雷达片上系统SOC(402)，其可操作以对由所述雷达SOC的多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的初始部分以用于目标检测；第二雷达SOC(404)，其可操作以对由所述雷达SOC中的多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的所述初始部分以用于目标检测；及处理单元(406)，其耦合到所述第一雷达SOC及所述第二雷达SOC以从每一雷达SOC接收信号处理的所述初始部分的结果。所述处理单元可操作以使用这些结果执行所述信号处理的剩余部分以用于目标检测。

Description

雷达系统中的分布式雷达信号处理
技术领域
本发明大体上涉及雷达系统，且更特定地说涉及雷达系统中的雷达信号的分布式处理。
背景技术
汽车中引入了称为先进驾驶员辅助系统(ADAS)的新类型安全系统以减少人为操作错误。此类系统是由主要基于毫米波汽车雷达的智能传感器实现。此类辅助系统(可提供例如后视摄像头、电子稳定性控制及基于视觉的行人检测系统的功能性)的大量生产已经通过微控制器及传感器技术的改进而部分实现。基于增强型嵌入式雷达的解决方案正实现ADAS设计者的互补安全特征。
在汽车雷达系统中，一或多个雷达传感器可用于检测交通工具周围的障碍物及经检测目标相对于交通工具的速度。雷达系统中的处理单元可基于由雷达传感器产生的信号确定所需要的适当动作，以(例如)避免碰撞或减小间接损害。当前汽车雷达系统能够检测交通工具周围的目标及障碍物、任何经检测目标及障碍物相对于交通工具的位置及任何经检测目标及障碍物相对于交通工具的速度。例如，经由处理单元，雷达系统可向交通工具驾驶员警告潜在危险、通过控制危险情况中的交通工具而防止碰撞、对交通工具采取部分控制或辅助驾驶员停靠交通工具。
汽车雷达系统通常使用调频连续波(FMCW)技术。此类雷达系统发射频率线性变化的线性调频脉冲信号。来自于目标(或多个目标)的反射信号与经发射信号混合以产生拍频信号，其含有用于目标识别的范围及多普勒信息。目标越远离交通工具中的发射器，拍频就越大。目标相对于交通工具的相对速度越高，多普勒频率就越高。此外，多个发射及接收天线通常用于增强信噪比(SNR)且获得目标相对于交通工具的角度。
汽车雷达通常被分类为三组，其为短程雷达(SRR)、中程雷达(MRR)及远程雷达(LRR)。通常，LRR经设计以提供目标检测的最高范围且视野(FOV)较小，而SRR提供最高FOV且经检测目标的范围相应地减小。角分辨率取决于系统中的天线数目。典型的SRR系统使用4个接收天线且典型的LRR系统使用8个或更多个天线。典型的MRR系统取决于系统的应用可具有4个或8个天线。
经由天线接收的信号与发射信号混合，且所得拍频信号(每个天线一个信号)经滤波及转换为数字拍频信号。接着对数字化拍频信号执行信号处理以提取雷达视图中的潜在目标的范围、速度及角度。信号处理通常是在中央处理单元中执行。执行此集中信号处理所需要的计算能力及存储器数量随天线数目线性地增加。
发明内容
在分布式雷达信号处理的所述实例中，一种级联雷达系统包含：第一雷达片上系统(SOC)，其包含第一多个接收信道及第一信号处理器组件，所述第一信号处理器组件耦合到所述第一多个接收信道以对由所述第一多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的第一初始部分以用于目标检测；第二雷达SOC，其包含第二多个接收信道及第二信号处理器组件，所述第二信号处理器组件耦合到所述第二多个接收信道以对由所述第二多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的第二初始部分以用于目标检测；及处理单元，其耦合到所述第一雷达SOC及所述第二雷达SOC以接收信号处理的所述第一初始部分的第一结果及信号的所述第二初始部分的第二结果。所述处理单元可操作以使用所述第一结果及所述第二结果执行所述信号处理的剩余部分以用于目标检测。
在一个方面中，一种级联雷达系统中的分布式雷达信号处理的方法包含对由所述雷达系统中的第一雷达片上系统(SOC)中的第一多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的第一初始部分以用于目标检测；对由所述雷达系统中的第二雷达SOC中的第二多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的第二初始部分以用于目标检测；及由所述雷达系统中的处理单元使用信号处理的所述第一初始部分及信号处理的所述第二初始部分的结果执行所述信号处理的剩余部分以用于目标检测。
在一个方面中，一种包含耦合到处理单元的多个雷达片上系统(SOC)的级联雷达系统中的分布式雷达信号处理的方法包含在每一雷达SOC中执行信号处理的初始部分以用于目标检测；及在所述处理单元中使用接收自所述雷达SOC中的每一者的执行所述初始部分的结果执行所述信号处理的剩余部分以用于目标检测。
附图说明
图1是说明调频连续波(FMCW)雷达帧的实例；
图2是FMCW雷达信号处理的流程图；
图3是常规FMCW远程雷达系统的框图；
图4是实例FMCW级联雷达系统的框图；
图5是实例FMCW短程雷达装置的框图；
图6是雷达信号的分布式信号处理的方法的流程图；
图7是说明雷达数据的分布式信号处理的实例；
图8是雷达帧的分布式信号处理的实例时序的图；
图9是雷达信号的分布式信号处理的方法的流程图；及
图10是说明用于恒虚警率(CFAR)检测的接收器操作特性曲线的图表。
具体实施方式
参考图1，在典型的调频连续波(FMCW)雷达系统中，发射及接收连续线性调频脉冲序列以产生雷达信号。在每一连续线性调频脉冲序列之后，某个闲置时间(帧内闲置)允许处理所得雷达信号。线性调频脉冲序列的获取时间及后续帧内闲置时间形成雷达帧。来自于每一天线的反射信号与发射信号混合以产生经滤波及数字化的拍频信号。接着对所得数字拍频信号(系统中的每个接收天线具有一个数字拍频信号)执行信号处理以提取雷达视图中的潜在目标的范围、速度及角度。
图2说明用于跨多个接收天线的一个雷达帧的雷达信号处理的实例流程。术语“快速时间”是指单个线性调频脉冲内的时间样本，且术语“缓慢时间”是指线性调频脉冲序列中的线性调频脉冲数目。对于每个接收天线，对每个反射线性调频脉冲的数字化样本执行范围快速傅里叶变换(FFT)以将数据转换为频域。峰值对应于目标的范围(距离)。此处理通常连续执行，意味着对先前线性调频脉冲的数字化样本执行范围FFT的同时对当前线性调频脉冲收集样本。范围FFT的结果保存在存储器中以供进一步处理。每个接收天线存在一组范围FFT结果。如果N个时间样本在线性调频脉冲中，那么针对线性调频脉冲存储N个范围结果。因此，在逻辑上，如果M个线性调频脉冲在线性调频脉冲序列中，那么范围FFT产生MxN个范围值的阵列。在可称为范围-时间阵列的此阵列中，N列是样本在跨M个线性调频脉冲的相同相对时间处的范围值。
对于每一范围，对线性调频脉冲序列中的线性调频脉冲的对应范围值(缓慢时间轴)中的每一者执行多普勒FFT。因此，对MxN阵列的N列中的每一者执行多普勒FFT。又称为范围-多普勒阵列或范围-多普勒片段的所得MxN范围-多普勒平面中的峰值对应于潜在目标的范围及相对速度(speed)(速度(velocity))。每个接收天线将存在范围-多普勒阵列。
接着跨范围-多普勒阵列执行相干积分以确定潜在目标的角度信息。当使用多个接收器时，反射信号将各自取决于目标反射信号的角度而具有不同延迟。对于相干积分，跨每一天线的范围-多普勒阵列执行第三FFT，即，角度FFT。通过考虑范围-多普勒-角度立方体中的峰值检测潜在目标。关于潜在目标的信息接着用于专用处理，例如目标跟踪、目标的移动速率及移动方向。例如，在汽车背景中，目标数据可用于变道辅助、停靠、盲点检测、后碰撞警告、应急制动及巡航控制。
通常在雷达帧的闲置时间期间执行多普勒FFT及角度FFT。范围FFT、多普勒FFT及角度FFT的组合可称为三维(3D)FFT。
图3是用于远程FMCW雷达系统的实例常规架构的高层级框图。此系统包含耦合到专用集成电路(ASIC)304的四个接收器(Rx)组件及一个发射器(Tx)组件的雷达前端302。ASIC 304可包含现场可编程门阵列306(或其它专用加速器)及DSP+MCU处理器308。DSP+MCU处理器308组合高端数字信号处理器(DSP)及微控制器(MCU)的功能性。发射器组件(Tx)具有三个天线及三个发射信道。对于每个雷达帧，发射信道中的一或多者在ASIC 304的控制下发射由信号产生器产生的线性调频脉冲。
接收器组件(Rx)中的每一者具有四个天线及四个接收信道用于接收反射线性调频脉冲及产生数字拍频信号。对于每一雷达帧，接收器组件各自产生四个数字拍频信号(每一接收信道产生一个信号)且将数字拍频信号发送到ASIC 304以供处理。
ASIC 304对十六个数字拍频信号执行上述信号处理。因此，对于十六个信号中的每一者，ASIC 304对每一线性调频脉冲的样本执行范围FFT且将结果存储在存储器310中。在发射所有线性调频脉冲且完成范围FFT之后，ASIC 304接着执行多普勒FFT及角度FFT。
存储器310通常在ASIC 304外部，因为存储中间处理结果所需要的存储器的数量极大。例如，考虑LRR系统的实例雷达帧。每个线性调频脉冲可存在512个样本且每个帧可存在128个线性调频脉冲。鉴于此实例架构的十六个接收天线，ASIC 304需要对每个线性调频脉冲执行十六次512点FFT，且保存约4MB的中间数据。
本发明的实施例提供用于级联雷达系统中的分布雷达信号处理，使得雷达系统处理单元的所需要计算能力降低且外部存储器减少及/或消除。更具体地，提供了分布雷达系统中的信号处理及存储器的用于雷达信号处理的雷达系统架构及方法。
图4是经配置以执行分布式雷达信号处理的实例级联FMCW雷达系统400的框图。实例级联FMCW雷达系统400包含主雷达片上系统(SOC)402、从雷达SOC 404、处理单元406及网络接口408。主雷达SOC 402及从雷达SOC 404各自具有图5的实例FMCW雷达SOC的架构。此外，主雷达SOC 402耦合到从雷达SOC 404以将从雷达SOC 404的操作与主雷达SOC 402的操作同步。主雷达SOC 402及从雷达SOC 404在本文统称为雷达系统前端或前端。
处理单元406经由串行接口耦合到主雷达SOC 402及从雷达SOC 404以从雷达SOC接收数据。在一些实施例中，串行接口可为高速串行接口，例如低压差分信令(LVDS)接口。在一些实施例中，串行接口可为低速串行外围接口(SPI)。每一雷达SOC 402、404包含执行接收在SOC中的雷达信号的信号处理的部分且经由串行接口将此信号处理的结果提供到处理单元406的功能性。在一些实施例中，每一雷达SOC 402、404对每一雷达帧执行范围FFT及多普勒FFT。在一些实施例中，每一雷达SOC 402、404进一步基于多普勒FFT的结果执行部分目标检测。
例如，处理单元406包含处理接收自雷达SOC 402、404的数据以完成任何剩余信号处理来确定任何经检测目标的距离、速度及角度的功能性。处理单元406还可包含对关于经检测目标的信息执行后处理(例如，跟踪目标及确定移动速率及方向)的功能性。处理单元406可按需要包含用于使用雷达数据的应用的处理吞吐量的任何合适处理器或处理器组合。例如，处理单元406可包含数字信号处理器(DSP)、微控制器(MCU)、组合DSP及MCU处理两者的SOC，或浮点门阵列(FPGA)及DSP。
处理单元406按需要经由网络接口408将控制信息提供到交通工具中的一或多个电子控制单元。电子控制单元(ECU)是交通工具中控制交通工具中的一或多个电气系统或子系统的任何嵌入式系统的通用术语。例如，ECU的类型包含电子/引擎控制模块(ECM)、动力系统控制模块(PCM)、变速器控制模块(TCM)、制动器控制模块(BCM或EBCM)、中央控制模块(CCM)、中央时序模块(CTM)、通用电子模块(GEM)、车体控制模块(BCM)及悬挂控制模块(SCM)。
网络接口408可实施任何合适协议，例如控制器区域网络(CAN)协议、FlexRay协议或以太网协议。
图5展示经配置用作雷达系统400中的主雷达SOC 402或从雷达SOC 404的实例FMCW雷达SOC 500的框图。雷达SOC 500可包含用于发射FMCW信号的多个发射信道504及用于接收经反射的发射信号的多个接收信道502。此外，接收信道的数目可大于发射信道的数目。例如，雷达SOC 500的实施例可具有两个发射信道及四个接收信道。发射信道包含合适的发射器及天线。接收信道包含合适的接收器及天线。此外，接收信道502中的每一者是相似的，且包含将发射信号与接收信号混合以产生拍频信号(替代地称为去调频信号、中频(IF)信号或原始雷达信号)的混频器506、508、用于对拍频信号滤波的基带带通滤波器510、512、用于放大经滤波拍频信号的可变增益放大器(VGA)514、516，及用于将模拟拍频信号转换为数字拍频信号的模数转换器(ADC)518、520。
接收信道502耦合到数字前端(DFE)522，其对数字拍频信号执行抽选滤波以减小采样速率且将信号恢复为基带。DFE 522还可对数字拍频信号执行其它操作，例如，DC偏移消除。DFE 522耦合到信号处理器组件544以将DFE 522的输出传递到信号处理器组件544。
信号处理器组件544经配置以对雷达帧的拍频信号执行信号处理的部分且将此信号处理的结果提供到处理单元406。在一些实施例中，经由高速串行接口524将结果提供到处理单元406。在一些实施例中，经由串行外围接口(SPI)528提供结果。在一些实施例中，信号处理器组件544可对雷达帧中的线性调频脉冲的每一序列执行范围FFT及多普勒FFT。参考图6的方法更详细地解释此类实施例。在一些实施例中，信号处理器组件544还可基于多普勒FFT的结果执行部分目标检测。参考图9的方法更详细地解释此类实施例。
信号处理器组件544可包含任何合适的处理器或处理器组合。例如，信号处理器组件544可为数字信号处理器、MCU、FFT引擎、DSP+MCU处理器、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。此外，如参考图6及图9更详细地解释，信号处理器组件548耦合到存储器548以存储对拍频信号执行的信号处理的部分的中间结果。
片上存储器组件548提供片上存储装置(例如，可使用的计算机可读媒体)以(例如)在SOC 500的各个组件之间传送数据，且存储由SOC 500上的处理器执行的软件程序。片上存储器组件548可包含只读存储器及/或随机存取存储器(RAM)(例如，静态RAM)的任何合适组合。直接存储器存取(DMA)组件548耦合到存储器组件548以执行从存储器组件548到高速接口527及/或SPI 528的数据传递。
控制组件526包含控制雷达SOC 500的操作的功能性。例如，控制组件526可包含MCU，其执行软件以控制雷达SOC 500的操作。
串行外围接口(SPI)528提供用于与处理单元406通信的接口。例如，处理单元406可使用SPI 528以将控制信息(例如，线性调频脉冲的时序及频率、输出功率电平及监测功能的触发，例如相位噪声监测)发送到雷达SOC 500。在一些实施例中，雷达SOC 500可使用SPI 528以将由信号处理器544执行的信号处理的结果发送到处理单元406。
可编程时序引擎542包含以下功能性：从控制模块526接收雷达帧中的线性调频脉冲序列的线性调频脉冲参数值且产生线性调频脉冲控制信号，其基于参数值控制帧中的线性调频脉冲的发射及接收。例如，线性调频脉冲参数是由雷达系统架构限定且可包含用于指示启用哪些发射器的发射器启用参数、线性调频脉冲频率开始值、线性调频脉冲频率斜率、模数转换(ADC)采样时间、斜坡结束时间及发射器开始时间。
射频同步器(RFSYNTH)530包含基于来自于时序引擎542的线性调频脉冲控制信号产生FMCW信号以供发射的功能性。在一些实施例中，RFSYNTH 530包含具有压控振荡器(VCO)的锁相环(PLL)。如果雷达SOC 500用作从雷达SOC 404，那么当雷达系统前端正以正常模式操作时，RFSYNTH 530并非处于作用中。实际上，主雷达SOC 402中的RFSYNTH 530提供FMCW信号以经由输入缓冲器536发射到从雷达SOC 404。
多路复用器532耦合到RFSYNTH 530及输入缓冲器536。多路复用器532可配置以在输入缓冲器536中接收的信号与由RFSYNTH 530产生的信号之间做出选择。例如，输出缓冲器538耦合到多路复用器532且可用于将由多路复用器532选择的信号发射到另一雷达SOC的输入缓冲器。此外，例如，主雷达SOC 402的输出缓冲器538耦合到从雷达SOC 402的输入缓冲器536以将信号从主雷达SOC 402的RFSYNTH 534发送到从雷达SOC 404。此外，从雷达SOC 404的多路复用器532经配置以选择输入缓冲器536中接收的信号。
时钟倍频器540将发射信号的频率增大到混频器506、508的频率。清零PLL(锁相环)534操作地将外部低频参考时钟(未展示)的信号的频率增大到RFSYNTH 534的频率且将参考时钟相位噪声从时钟信号中滤除。
图6是例如图4及5的级联雷达系统中的雷达帧的分布信号处理的方法的流程图。特定地说，在此方法中，在级联雷达系统的雷达SOC中执行信号处理的初始部分以用于目标检测(即，将3D FFT的前两种FFT执行为目标检测的基础)且由处理单元执行剩余信号处理。为了简化解释，参考图4的两个SOC架构及图5的雷达SOC描述所述方法。在一些实施例中，级联雷达架构包含更多雷达SOC。此外，所述方法被解释为假设每一雷达SOC具有四个接收信道。在一些实施例中，雷达SOC可具有更多、更少及或甚至不同数目的接收信道。
如图6中所示，在雷达SOC 402、404中的每一者中发射600雷达帧中的线性调频脉冲序列中的线性调频脉冲，且在雷达SOC 402、404的四个接收信道中的每一者中接收602反射线性调频脉冲。在接收信道中的每一者中产生604反射线性调频脉冲的数字拍频信号。因此，在接收信道中的每一者中将反射线性调频脉冲滤波、放大并将其转换为数字信号。
接着对雷达SOC 402、404中的每一者中的数字拍频信号执行606范围FFT。更具体地，雷达SOC 402、404中的每一者的信号处理器544执行四次范围FFT，对数字拍频信号中的每一者执行一次范围FFT，且将结果存储在相应的雷达SOC上的存储器548中。重复发射600线性调频脉冲、接收602反射线性调频脉冲、产生604数字拍频信号及执行606范围FFT的过程直到已发射线性调频脉冲序列中的所有线性调频脉冲608为止。
在已处理线性调频脉冲序列中的所有线性调频脉冲之后，每一雷达SOC 402、404上的存储器548存储MxN个范围值的四个阵列，其中M是线性调频脉冲序列中的线性调频脉冲数目且N是用于接收线性调频脉冲的时间样本的数目。对雷达SOC 402、404中的每一者中的范围FFT结果执行610多普勒FFT。对四个接收信道中接收的反射线性调频脉冲的对应时间样本的范围结果执行多普勒FFT，即，对四个MxN范围-时间阵列的N列中的每一者执行一次多普勒FFT。每一多普勒FFT的输出是MxN范围-多普勒片段。然而，全MxN范围-多普勒片段没有必要都存储在存储器中。雷达SOC 402、404中的每一者的每一信号处理器模块544每次产生对应于每一范围的四个接收信道的四个多普勒片段。
在针对下一范围产生四个多普勒片段之前，将由雷达SOC 402、404中的每一者针对给定范围产生的多普勒片段发送612到处理单元406以用于信号处理的剩余部分。由处理单元406对接收自雷达SOC 402、404的给定范围的对应多普勒片段执行614角度FFT以完成特定范围的目标检测所需要的信号处理。因此，处理单元406无需存储器来存储来自于所有雷达SOC 402、404的全范围-多普勒数据。
图7是此方法的分布式雷达信号处理的实例。图7展示假设四个接收信道(天线)的一个雷达SOC的实例范围-多普勒信道立方体，及跨各自具有四个接收信道的四个雷达SOC的所有信道的全每范围多普勒片段。范围-多普勒信道立方体的范围及多普勒FFT在每一雷达SOC中执行以针对每一接收信道产生范围-多普勒片段。此类数据片段接着被逐个范围地传递到处理单元。处理单元跨十六个对应的每范围多普勒片段执行角度FFT，四个雷达SOC中的每一者中具有四个片段。
图8是根据图8的方法的实施例的对雷达帧的分布式雷达信号处理的时序图。如此图中所示，可以管线方式执行处理。可在发射线性调频脉冲及产生对应的数字拍频信号的同时对雷达SOC中的数字反射线性调频脉冲(数字拍频信号)执行范围FTT的计算。因此，可在计算一个拍频信号的范围FFT的同时在接收信道中处理随后反射的线性调频脉冲以产生数字拍频信号，且发射线性调频脉冲序列中的后续线性调频脉冲。在雷达帧的获取时段期间可在雷达SOC中执行大部分范围FFT。管线延迟从获取时段开始便存在了，这是归因于在接收信道中产生第一反射线性调频脉冲的数字拍频信号所需要的时间。因此，在获取时段结束之后计算最后两次范围FFT。
雷达SOC中的多普勒FFT的计算发生在雷达帧闲置时段期间且开始于计算所有范围FFT之后。在计算多普勒FFT的同时可执行处理单元中的角度FFT的计算，因为多普勒FFT结果被逐个片段地发送到处理单元。
在级联雷达系统中使用图6的方法可需要雷达SOC与处理单元之间的高速串行接口以用于传递范围-多普勒信道数据。将额外雷达信号处理移动到雷达SOC可减少需要传递的数据量，且因此允许使用较慢串行接口，例如SPI。
图9是例如图4及5的级联雷达系统中的雷达帧的分布信号处理的方法的流程图。特定地说，在此方法中，在级联雷达系统的雷达SOC中执行的信号处理的初始部分包含范围及多普勒FFT及部分目标检测。关于任何部分检测目标的数据被传递到处理单元且由处理单元执行完成目标检测的剩余信号处理。为了简化解释，参考图4的两个SOC架构及图5的雷达SOC描述所述方法。在一些实施例中，级联雷达架构包含更多雷达SOC。此外，所述方法被解释为假设每一雷达SOC具有四个接收信道。在一些实施例中，雷达SOC可具有更多、更少及或甚至不同数目的接收信道。
如图9中所示，步骤900到910与图6的方法的对应先前描述步骤600到610相同。在计算多普勒FFT之后，由雷达SOC 402、404中的每一者的信号处理器模块544执行912部分目标检测。可使用恒虚警率(CFAR)目标检测的放宽版本执行此部分目标检测。
通常，在CFAR目标检测中，目标的检测是基于接收器信道中接收的信号的功率。比较信号功率与功率阈值以决定是否可将反射信号视为可能源自于目标。如果此阈值太低，那么将检测到更多目标，代价是增加了虚警的次数。相反地，如果阈值太高，那么将检测到更少目标，但是虚警的次数也将较低。在典型的雷达系统中，设置阈值以实现所需虚警概率(PFA)(或等效地，虚警率或虚警之间的时间)。阈值的值可经调适以考虑影响接收信号中的噪声电平的干扰源。
在一些已知的简易CFAR检测方案中，通过估计受测试单元(CUT)周围的本底噪声电平来计算阈值电平。对于此方法，单元对应于雷达帧中的线性调频脉冲序列。可通过采用CUT周围的单元块及计算平均功率电平来确定此噪声电平估计。为了避免来自于CUT本身的功率破坏此估计，通常忽略紧邻CUT的单元(且称为“保卫单元(guard cell)”)。如果CUT的功率大于相邻单元的功率且大于局部平均功率电平，那么宣称目标存在于CUT中。局部功率电平的估计有时候可稍微增大以允许受限样本大小。此简易方法称为单元平均化CFAR(CA-CFAR)。
其它相关方法计算CUT左侧及右侧的单元的单独平均值且接着使用这两个功率电平中的最大值或最小值来限定局部功率电平。此类最大值及最小值分别称为最大CFAR(GO-CFAR)及最小CFAR(LO-CFAR)，且在紧邻杂波区域时可改进检测。
在常规的雷达系统(例如图3)中且当图6的方法在图4的雷达系统中使用时，CFAR目标检测可基于跨所有接收器信道的全相干FFT(即，通过执行雷达信号处理的第三FFT)在相应的ASIC或处理单元中执行。
对于雷达SOC 402、404中的每一者中的部分目标检测，可使用比将用于全相干检测更放宽的目标检测阈值。对于雷达系统400，雷达SOC 402、404应以高于所要的虚警率的虚警率操作使得具有对应的较高检测概率。因此，每一雷达SOC将有可能检测比实际上存在要多的目标。在一些实施例中，将每一雷达SOC 402、404的操作虚警率(阈值)设置为对应于比所要的系统虚警率低三分贝的信噪比(SNR)。
图10是说明虚警率的此选择的图表。所述图表展示具有不同SNR的实例接收器操作特性曲线。通常，针对系统且取决于给定时刻的SNR选择所要的虚警率，此虚警率限定正确目标检测的概率。选择雷达SOC的操作虚警率以降低正确目标检测的概率以允许雷达SOC中的放宽目标检测。
再次参考图9，在一些实施例中，部分目标检测是基于非相干积分。因此，跨雷达SOC中的四个接收信道添加功率且比较结果与放宽的目标检测阈值。
SNR(信噪比)的略微损耗发生在相干检测与非相干检测之间。例如，对于具有八个天线的系统，执行非相干(基于功率的)目标检测与相干(基于FFT的)检测相比造成约1dB的损耗。因此，在一些实施例中，部分目标检测是基于部分相干功率添加。例如，如果八个天线是在两个SOC上，那么可根据以下等式对每个范围及多普勒执行十六点FFT。
在上述等式中，x0到x3是雷达SOC 402中的接收器信道，且x4到x7是雷达SOC 404中的接收器信道。等式的第二行展示四个接收器信道中的相干和是此相干检测所固有的。因此，每一雷达SOC中的部分相干功率和(可为四个接收信道中的零填位十六点FFT)可用于部分目标检测。因此，利用跨雷达SOC中的四个接收信道的FFT确定功率且比较结果与放宽的目标检测阈值。
雷达SOC的每一者中的部分目标检测912的结果可为一组经检测目标。每一SOC将部分目标检测的结果发送914到处理单元406。针对每一经检测目标发送的数据可包含识别每范围多普勒片段中的分格的范围及多普勒索引(功率与阈值在此处交叉)、所有接收器信道在所识别分格处的FFT输出及用于确定阈值的所估计噪声方差。
接着在处理单元406中完成916目标检测。更具体地，处理单元406将对所述组经检测目标滤波使得实现所要的系统虚警率。雷达SOC 402、404使用放宽的目标检测阈值且因此可检测比实际上存在于场景中要多的目标。处理单元406从SOC 402、404接收包含所有信道中的范围-多普勒FFT值及所估计的噪声值的所有必要信息。处理单元406对最后一组经检测目标中的每一目标执行全三维FFT，即，角度FFT。因此，处理单元406可比SOC 402、404中的每一者更精确地估计到达角。此外，处理单元406可组合来自于SOC 402、404的噪声值，且施加最终更严格的阈值以消除错误目标且使虚警率为所要电平。
针对上述方法中的经检测目标传送的数据量应远小于范围-多普勒-角度立方体中的总点数。因此，此方法减小了雷达SOC与处理单元之间的吞吐量需求。此减小可足以允许雷达SOC与处理单元之间的通用低速串行总线。其还可减小处理单元中的雷达信号处理所需要的计算能力。
本文中已描述了包含两个雷达SOC的级联雷达系统中的实施例。在一些实施例中，级联雷达系统包含两个以上SOC。
在另一实例中，本文中已描述了其中级联雷达系统的前端中的雷达SOC具有主从关系的实施例。在一些实施例中，例如当外部PLL向所有SOC提供FMCW信号时，雷达SOC无需具有主从关系。
在另一实例中，本文中已描述了其中在雷达SOC中执行雷达信号处理的特定部分且由从雷达SOC接收结果的处理单元执行剩余信号处理的实施例。在一些实施例中，雷达SOC与处理单元之间的信号处理的分布不同于本文中所述的实例。
虽然本文中可以循序方式呈现及描述方法步骤，但是图中所示且本文中所述的步骤中的一或多者可同时执行、可组合及/或可以不同于图中所示及/或本文中所述的次序的次序执行。因此，实施例不应被视为限于图中所示及/或本文中所述的步骤的特定次序。
修改在所描述的实施例中是可行的，并且其它实施例在权利要求书的范围内是可行的。

Claims (20)

1.一种级联雷达系统，其包括：
第一雷达片上系统SOC，其包含第一多个接收信道及第一信号处理器组件，所述第一信号处理器组件耦合到所述第一多个接收信道以对由所述第一多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的第一初始部分以用于目标检测；
第二雷达SOC，其包含第二多个接收信道及第二信号处理器组件，所述第二信号处理器组件耦合到所述第二多个接收信道以对由所述第二多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的第二初始部分以用于目标检测；及
处理单元，其耦合到所述第一雷达SOC及所述第二雷达SOC以接收信号处理的所述第一初始部分的第一结果及信号的所述第二初始部分的第二结果，所述处理单元可操作以使用所述第一结果及所述第二结果执行所述信号处理的剩余部分以用于目标检测。
2.根据权利要求1所述的级联雷达系统，其中信号处理的所述第一初始部分包含对由所述第一多个接收信道产生的所述数字拍频信号计算范围快速傅里叶变换FFT及多普勒FFT以对所述第一多个接收信道中的每一接收信道产生每范围多普勒片段，且信号处理的所述第二初始部分包含对由所述第二多个接收信道产生的所述数字拍频信号计算范围FFT及多普勒FFT以对所述第二多个接收信道中的每一接收信道产生每范围多普勒片段。
3.根据权利要求2所述的级联雷达系统，其中所述第一雷达SOC包含耦合到所述第一信号处理组件以存储计算范围FFT的结果的第一存储器，且所述第二雷达SOC包含耦合到所述第二信号处理组件以存储计算范围FFT的结果的第二存储器。
4.根据权利要求2所述的级联雷达系统，其中所述第一雷达SOC及所述第二雷达SOC在对下一范围产生多普勒片段之前将当前范围的多普勒片段发送到所述处理单元。
5.根据权利要求2所述的级联雷达系统，其中所述信号处理的所述剩余部分包含使用由所述第一雷达SOC及所述第二雷达SOC产生的每范围多普勒片段计算角度FFT。
6.根据权利要求2所述的级联雷达系统，其中信号处理的所述第一初始部分及信号处理的所述第二初始部分包含执行部分目标检测，且所述信号处理的所述剩余部分包含完成目标检测及计算经检测目标的角度FFT。
7.根据权利要求6所述的级联雷达系统，其中所述部分目标检测使用放宽的目标检测阈值，且所述完成目标检测使用更严格目标检测阈值。
8.根据权利要求7所述的级联雷达系统，其中所述部分目标检测包含计算部分相干功率和及比较所述部分相干功率和与所述放宽的目标检测阈值。
9.根据权利要求1所述的级联雷达系统，其中所述第一雷达SOC是主雷达SOC，且所述第二雷达SOC是从雷达SOC。
10.一种级联雷达系统中的分布式雷达信号处理的方法，所述方法包括：
对由所述雷达系统中的第一雷达片上系统SOC中的第一多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的第一初始部分以用于目标检测；
对由所述雷达系统中的第二雷达SOC中的第二多个接收信道产生的数字拍频信号执行信号处理的第二初始部分以用于目标检测；及
由所述雷达系统中的处理单元使用信号处理的所述第一初始部分及信号处理的所述第二初始部分的结果执行所述信号处理的剩余部分以用于目标检测。
11.根据权利要求10所述的方法，其中信号处理的所述第一初始部分包含对由所述第一多个接收信道产生的所述数字拍频信号计算范围快速傅里叶变换FFT及多普勒FFT以对所述第一多个接收信道中的每一接收信道产生每范围多普勒片段，且信号处理的所述第二初始部分包含对由所述第二多个接收信道产生的所述数字拍频信号计算范围快速傅里叶变换FFT及多普勒FFT以对所述第二多个接收信道中的每一接收信道产生每范围多普勒片段。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一雷达SOC中的计算范围FFT的结果存储在所述第一雷达SOC的存储器中，且所述第二雷达SOC中的计算范围FFT的结果存储在所述第二雷达SOC的存储器中。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一雷达SOC及所述第二雷达SOC在对下一范围产生多普勒片段之前将当前范围的多普勒片段发送到所述处理单元。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述信号处理的所述剩余部分包含使用所述每范围多普勒片段计算角度FFT。
15.根据权利要求11所述的方法，其中信号处理的所述初始部分及信号处理的所述第二初始部分包含执行部分目标检测，且所述信号处理的所述剩余部分包含完成目标检测及计算经检测目标的角度FFT。
16.根据权利要求15所述的方法，其中执行部分目标检测包含使用放宽的目标检测阈值，且完成所述目标检测包含使用更严格目标检测阈值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中执行部分目标检测包含计算部分相干功率和，及比较所述部分相干功率和与所述放宽的目标检测阈值。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一雷达SOC是主雷达SOC，且所述第二雷达SOC是从雷达SOC。
19.一种包含耦合到处理单元的多个雷达片上系统SOC的级联雷达系统中的分布式雷达信号处理的方法，所述方法包括：
在每一雷达SOC中执行信号处理的初始部分以用于目标检测；及
在所述处理单元中使用接收自所述雷达SOC中的每一者的执行所述初始部分的结果执行所述信号处理的剩余部分以用于目标检测。
20.根据权利要求19所述的方法，其中信号处理的所述初始部分包含对数字拍频信号执行范围快速傅里叶变换FFT及多普勒FFT以产生每范围多普勒片段。
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