CN108120983A - 用于提供三维信息的车辆雷达装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于提供关于环境的三维(3D)信息的车辆雷达装置。车辆雷达装置可以包括被配置为发射电磁波的发射机、被配置为接收反射的电磁波的接收机、以及被配置为基于反射的电磁波提取关于环境的3D信息的信号处理器。发射机可以通过执行二维(2D)扫描向环境发射电磁波，并且接收机可以通过执行一维(1D)扫描来接收反射的电磁波。可替代地，发射机可以通过执行1D扫描向环境发射电磁波，并且接收机可以通过执行2D扫描来接收反射的电磁波。

Description

用于提供三维信息的车辆雷达装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0162296号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及车辆雷达装置，并且更具体地，涉及用于提供关于周围环境的三维(3D)信息的车辆雷达装置。
背景技术
具有各种功能的高级驾驶辅助系统(ADAS)近来已被商业化。例如，具有诸如自适应巡航控制(ACC)或自动紧急制动系统(AEB)的各种功能的车辆的数量正在增加。ACC允许识别前方的车辆的位置和速度，当存在碰撞的风险时使车辆减速，并且当不存在碰撞的风险时，使车辆的速度保持在预定的速度范围内。AEB允许识别前方的车辆，并且当存在碰撞风险但驾驶员未能采取适当的行动时，通过自动地制动来防止碰撞。此外，预计在不久的将来全自主车辆会商业地可用于公众。因此，对用于提供可靠的前向信息的车辆雷达装置有了新的兴趣。传统的车辆雷达装置主要提供关于例如前方对象的距离、相对速度和方位角的二维(2D)信息。
发明内容
根据示例性实施例的一个方面，一种车辆雷达装置可以包括：发射机，被配置为通过执行二维(2D)扫描向环境发射电磁波；接收机，被配置为通过执行一维(1D)扫描来接收反射的电磁波；以及信号处理器，被配置为基于由接收机接收的反射的电磁波来提取关于环境的三维(3D)信息。
发射机还可以被配置为在环境内的第一区域中沿第一方向顺序地发射电磁波第一多次，并且在环境内的第二区域中沿第一方向顺序地发射电磁波第二多次，第二区域沿着垂直于第一方向的第二方向与第一区域相邻。接收机还可以被配置为在发射机向第一区域顺序地扫描电磁波的同时接收来自第一区域的反射的电磁波，并且在发射机向第二区域顺序地扫描电磁波的同时接收来自第二区域的反射的电磁波。
信号处理器还可以被配置为控制发射机以向环境内的区域发射电磁波，并且控制接收机以接收来自区域的反射的电磁波。
发射机可以包括：发射天线阵列，包括以2D形式布置的多个发射天线元件；发射电路，被配置为分别向多个发射天线元件施加传输信号；以及连接在发射电路和多个发射天线元件之间的多个延迟器件。多个延迟器件可以被配置为延迟从发射电路施加的传输信号，并且分别向发射天线元件发送延迟的传输信号。
多个延迟器件还被配置为根据多个发射天线元件的各自位置来以不同的延迟量延迟传输信号。
多个发射天线元件和多个延迟器件可以沿第一方向和第二方向以2D形式布置。沿第一方向布置的多个延迟器件被配置为延迟传输信号，使得在发射机沿第一方向顺序地发射电磁波的同时，从沿第一方向布置的多个发射天线元件输出的电磁波的相位被顺序地改变。
发射机可以包括：发射天线阵列，包括以2D形式布置的多个发射天线元件；以及分别连接到多个发射天线元件并且被配置为分别将传输信号施加到多个发射天线元件的多个独立发射电路。多个独立发射电路还可以被配置为将具有不同相位的传输信号分别施加到多个发射天线元件。
多个独立发射电路还可以被配置为根据多个发射天线元件的各自位置，将具有不同相位的传输信号分别施加到多个发射天线元件。
多个发射天线元件可以沿第一方向和第二方向以2D形式布置。多个独立发射电路被配置为将传输信号分别施加到多个发射天线元件，使得在发射机沿第一方向顺序地发射电磁波的同时，从沿第一方向布置的多个发射天线元件输出的电磁波的相位被顺序地改变。
接收机可以包括：接收天线阵列，包括以2D形式布置的多个接收天线元件；以及连接到多个接收天线元件中的每一个并被配置为将从多个接收天线元件接收的信号发送到信号处理器的接收电路。
多个接收天线元件可以沿第一方向和第二方向布置。沿第一方向布置的多个接收天线元件可以彼此电连接。
接收电路可以包括分别连接到沿第二方向布置的多个接收天线元件的多个独立接收电路。
信号处理器还可以被配置为通过使用由多个独立接收电路发送的信号执行数字波束成形来提取3D信息。
接收机还可以包括分别连接到沿第二方向布置的多个接收天线元件的多个延迟器件。多个延迟器件被配置为以不同的延迟量延迟从沿第二方向布置的多个接收天线元件接收的信号。
由信号处理器提取的3D信息可以包括以下至少之一：到环境中的对象的距离、对象的方位角、对象相对于车辆雷达装置的相对速度和对象的高度。
根据示例性实施例的一个方面，一种雷达装置，可以包括：发射机，被配置为通过执行一维(1D)扫描向环境发射电磁波；接收机，被配置为通过执行二维(2D)扫描来接收反射的电磁波；以及信号处理器，被配置为基于由接收机接收的反射的电磁波来提取关于环境的三维(3D)信息。
发射机还可以被配置为向在环境内沿第一方向延伸的第一区域同时地发射电磁波，并且向在环境内沿第一方向延伸的第二区域同时地发射电磁波，第二区域沿着与第一方向垂直的第二方向与第一区域相邻。接收机还可以被配置为在发射机向第一区域发射电磁波的同时，沿第一方向顺序地接收第一区域中反射的电磁波第一多次，并且在发射机向第二区域发射电磁波的同时沿第一方向顺序地接收第二区域中反射的电磁波第二多次。
发射机可以包括：发射天线阵列，包括以2D形式布置的多个发射天线元件；发射电路，被配置为向多个发射天线元件施加传输信号；以及连接在发射电路和多个发射天线元件之间的多个延迟器件。多个延迟器件可以被配置为延迟从发射电路施加的传输信号，并且将延迟的传输信号分别发送到多个发射天线元件，并且根据多个发射天线元件的各自位置将传输信号以不同的延迟量延迟。
多个发射天线元件可以沿第一方向和第二方向以2D形式布置。沿第一方向布置的多个发射天线元件彼此电连接。多个延迟器件可以分别连接到沿第二方向布置的多个发射天线元件。
接收机可以包括：接收天线阵列，包括以2D形式布置的多个接收天线元件；以及连接到多个接收天线元件中的每一个并被配置为将从多个接收天线元件接收的信号发送到信号处理器的接收电路。
多个接收天线元件可以沿第一方向和第二方向以2D形式布置。多个接收天线元件还被配置为独立地接收电磁波。
接收电路还可以包括分别连接到以2D形式布置的多个接收天线元件的多个独立接收电路。
接收机还可以包括分别连接到以2D形式布置的多个接收天线元件的多个延迟器件。多个延迟器件被配置为将从多个接收天线元件接收的信号以不同的延迟量延迟。
附图说明
从以下结合附图对各种示例性实施例的描述中，上述和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解，在附图中：
图1是示出根据示例性实施例的车辆雷达装置的配置的框图；
图2A至图2C是示出根据示例性实施例的由图1的车辆雷达装置执行的向前向环境扫描电磁波束的过程的图；
图3A至图3C是示出根据示例性实施例的用于扫描电磁波束的发射天线阵列的操作的图；
图4是示出根据示例性实施例的发射机的配置的框图；
图5是示出根据示例性实施例的发射机的配置的框图；
图6是示出根据示例性实施例的接收机的配置的框图；
图7是示出根据示例性实施例的接收机的配置的框图；
图8A至图8C是用于说明根据示例性实施例的向前向环境扫描电磁波束的过程的视图；
图9是示出根据示例性实施例的用于执行图8A至图8C的过程的发射机的配置的框图；
图10是示出根据示例性实施例的用于执行图8A至图8C的过程的发射机的配置的框图；
图11是根据示例性实施例的用于说明用于执行图8A至图8C的过程的接收天线阵列的操作的图；
图12是示出根据示例性实施例的用于执行图8A至图8C的过程的接收机的配置的框图；和
图13是示出根据示例性实施例的用于执行图8A至图8C的过程的接收机的配置的框图。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本公开，其中示出了实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且为了清楚和方便说明，元件的厚度可能被夸大。然而，本公开可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的示例性实施例。还将理解，当层被称为在另一层“上”时，其可以直接在另一层上，或者也可以在其间存在中间层。
图1是示出根据示例性实施例的车辆雷达装置100的配置的框图。如图1所示，根据示例性实施例的一个方面的车辆雷达装置100可以包括：向周围环境(例如，前向环境、后方环境等)发射电磁波的发射机120；接收从周围环境反射的电磁波的接收机130；以及基于所接收的电磁波提取关于前向环境的信息的信号处理器110。发射机120可以包括包含以二维(2D)形式布置的多个发射天线元件的发射天线阵列125，以及根据信号处理器110的控制将传输信号施加于多个发射天线元件中的每一个的发射电路121。此外，接收机130可以包括包含以2D形式布置的多个接收天线元件的接收天线阵列135，以及连接到多个接收天线元件中的每一个并将从多个接收天线元件中的每一个接收的信号发送到信号处理器110的接收电路131。虽然信号处理器110、发射电路121和接收电路131在图1中被示为分离元件，但是信号处理器110、发射电路121和接收电路131中的两个或更多个可以被提供为一个半导体芯片。可替代地，信号处理器110、发射电路121和接收电路131可以被提供在一个印刷电路板(PCB)上。
发射机120可以通过使用2D扫描方法向前向环境发射电磁波。为此，发射机120可以以预定的时间间隔顺序地向2D前向区域扫描聚焦在窄区域上的电磁波束。接收机130可以以一维(1D)扫描方法接收从前向环境反射的电磁波。信号处理器110可以基于在一帧期间由接收机130接收的电磁波信号来提取关于前向环境的三维(3D)信息。例如，信号处理器110可以提取关于到前面的对象(以下称为前方对象)的距离、前方对象的方位角、前方对象的相对速度和前方对象的高度的信息。
例如，图2A至图2C是示出根据示例性实施例的由图1的车辆雷达装置100执行的向前向环境扫描电磁波束的过程的视图。首先，如图2A所示，车辆雷达装置100的发射机120可以选择前向视图V中的第一区域A1，并且可以在第一区域A1中沿一个方向顺序地扫描电磁波束T11、T12、T13等多次。例如，第一区域A1可以位于前向视图V的左边缘上，并且可以在垂直方向上延伸。换句话说，第一区域A1可以沿z方向延伸。发射机120可以例如从第一区域A1中的顶部到底部(即，沿-z方向)或从底部到顶部(即，沿+z方向)顺序地扫描电磁波束T11、T12、T13等。
在完成第一区域A1中的电磁波束的扫描之后，如图2B中所示，发射机120可以选择与第一区域A1纵向地相邻的第二区域A2，并且可以在第二区域A2中沿一个方向顺序地扫描电磁波束T21、T22、T23等多次。例如，发射机120可以沿垂直于z方向的+x方向从第一区域A1移动，并且可以在第二区域A2中从顶部到底部(即，沿-z方向)或从底部到顶部(即，沿+z方向)顺序地扫描电磁波束T21、T22和T23。
发射机120可以以这种方式用波束顺序地扫描前向视图V。最后，如图2C所示，发射机120可以在一帧期间通过在第n区域An中从顶部到底部(即，沿-z方向)或从底部到顶部(即，沿+z方向)顺序地扫描电磁波束Tn1、Tn2、Tn3等而完成前向视图V的扫描，该第n区域An位于前向视图V的右边缘上并沿z方向延伸。例如，一帧前向视图图像可以对应于约50ms的时间。换句话说，帧速率可以是约20Hz。虽然在图2A至图2C中所示出的示例性实施例中电磁波束从前向视图V的顶部到底部以及从左到右扫描，但示例性实施例不限于此。例如，电磁波束可以从底部到顶部以及从右到左扫描。可替代地，电磁波束可以在前向视图V的上部沿水平方向扫描，然后可以在前向视图V的下部沿水平方向扫描。
为了通过使用上述2D扫描方法发射电磁波，发射天线阵列125可以包括以2D形式布置的多个发射天线元件。例如，图3A至图3C是示出根据示例性实施例的用于扫描电磁波束的发射天线阵列125的操作的图。如图3A中所示，发射天线阵列125可以包括沿着多行和多列以2D形式布置的多个发射天线元件126。在该图示中，如方向引导(direction guide)140所示，沿着X轴布置多个行，并且沿Z轴布置多个列。在该结构中，从发射天线阵列125发射的电磁波束的方向可以根据从发射天线元件126分别发射电磁波的时间之间的差异(或从发射天线元件126分别发射的电磁波之间的相位差)来控制。详细地说，电磁波束的传播方向可以根据从沿着同一行布置的发射天线元件126发射电磁波的时间之间的差Δt1在水平方向上(即，沿X轴)控制，并且电磁波束的传播方向可以根据沿着同一列布置的发射天线元件126发射电磁波的时间之间的差Δt2在垂直方向上(即，沿Z轴)控制。
例如，如图3A所示，当首先从位于同一行中最右位置(即，沿-X方向的最远位置)处的发射天线元件126发射电磁波，且最后从位于最左位置(即，沿+X方向的最远位置)处的发射天线元件126发射电磁波时，电磁波束向左(即，+X方向)传播。换句话说，电磁波束朝着发射天线元件126的顺序地输出电磁波的一侧传播。这在图3A中用与天线阵列125的顶部相邻的箭头示出。这些箭头表示在由X轴和Y轴限定的横截面中的电磁波束的取向，如由方向引导150指示的。电磁波束传播的方位方向(azimuth direction)可以由从在同一行中的两个相邻的发射天线元件126发射电磁波的时间之间的差Δt1(例如，时间间隔)或由从在同一行中的两个相邻的发射天线元件126发射的电磁波之间的相位差来确定。如果差Δt1增加，则电磁波束进一步向左(即，+X方向)传播，并且如果差Δt1减小，则电磁波束更加朝向前方(即，+Y方向)传播。“前方”可以指与天线阵列125所在的平面正交的方向。
此外，当首先从位于同一列中的最上位置(即，沿+Z方向的最远位置)处的发射天线元件126发射电磁波，且最后从最下位置(即，沿-Z方向的最远位置)处的发射天线元件126发射电磁波时，电磁波束向下(即，-Z方向)传播。这在图3A中用与天线阵列125的左侧相邻的箭头示出。这些箭头表示在由Y和Z轴限定的横截面中的电磁波束的取向，如由方向引导160指示的。电磁波束传播的仰角方向(elevation direction)可以由从在同一列中的两个相邻的发射天线元件126发射电磁波的时间之间的差Δt2或由从在同一列中的两个相邻的发射天线元件126发射的电磁波之间的相位差来确定。如果差Δt2增加，则电磁波束进一步向下(即，-Z方向)传播，并且如果差Δt2减小，则电磁波束更加朝向前方(即，沿+Y方向)传播。
参考图3B，当Δt1＝0且Δt2＝0时，从发射天线阵列125发射的电磁波束朝向前方(即，+Y方向)直线传播。另外，参考图3C，当首先从位于同一行中的最左位置(即，沿+X方向的最远位置)处的发射天线元件126发射电磁波，且最后从位于最右位置(即，沿-X方向的最远位置)处的发射天线元件126发射电磁波时，电磁波束向右传播(即，-X方向)。当首先从位于同一列中的最下位置处的发射天线元件126发射电磁波，且最后从位于最上位置处的发射天线元件126发射电磁波时，电磁波束向上传播。因此，如图2A至图2C所示，通过各自控制从发射天线阵列125的多个发射天线元件126发射电磁波的时间或从多个发射天线元件126发射的电磁波的相位可以二维地扫描电磁波束。
为此，发射机120可以被配置为使得多个发射天线元件126独立地发射电磁波。例如，图4是示出根据示例性实施例的发射机120的配置的框图。在图4中，发射机120还可以包括连接在发射电路121和多个发射天线元件126之间的多个延迟器件123。多个延迟器件123可以以一对一的方式连接到多个发射天线元件126，并且一个发射电路121可以向多个延迟器件123同时地施加传输信号。
每个延迟器件123被配置为在信号处理器110的控制下延迟从发射电路121施加的传输信号，并且将延迟的传输信号施加于每个发射天线元件126。延迟器件123可以以各种方式配置。例如，延迟器件123可以包括射频微机电系统(RF MEMS)开关、pin二极管或可变容量半导体二极管(例如变容二极管)。可替代地，延迟器件123可以使用微波光子滤波器、向铁氧体材料施加磁偏置场的方法、向铁电体材料施加电压的方法、或者使用液晶的介电常数的改变的方法。因此，延迟器件123可以在信号处理器110的控制下可变地延迟传输信号。
根据图2A至图2C的方法，信号处理器110可以确定要发射电磁波束的区域，并且可以根据所确定的区域来控制多个延迟器件123中的每一个。因此，多个延迟器件123可以根据发射机120要发射电磁波束的位置不同地延迟传输信号。例如，沿着逐列方向布置的多个延迟器件123可以延迟传输信号，使得在发射机120在如图2A所示的第一区域A1中从顶部到底部顺序地发射电磁波束T11、T12、T13等的同时，顺序地改变从沿着一列布置的多个发射天线元件126输出的电磁波的相位。以这种方式，信号处理器110可以控制发射机120发射电磁波束的区域。
尽管为了方便起见在图4中仅示出了沿逐列方向布置的多个延迟器件123和多个发射天线元件126，但多个延迟器件123和多个发射天线元件126可以以逐行方向和逐列方向布置成2D形式。多个延迟器件123彼此独立并且在信号处理器110的控制下操作。多个发射天线元件126也彼此独立并且根据从延迟器件123施加的传输信号来发射电磁波。
图5是示出根据示例性实施例的发射机120的配置的框图。如图5所示，发射机120可以包括独立地操作的多个发射电路121，而不使用延迟器件123。多个发射电路121可以以一对一的方式连接到多个发射天线元件126并且可以独立地将传输信号施加于多个发射天线元件126。此外，多个发射电路121可以被配置为在信号处理器110的控制下分别向多个发射天线元件126施加具有不同相位的传输信号。因此，可以通过使用电路来生成具有相位差的多个传输信号，而不需要使用延迟器件123。多个发射电路121也可以彼此独立并且可以在信号处理器110的控制下操作。
信号处理器110可以根据图2A至图2C的方法确定要发射电磁波束的区域，并且可以根据所确定的区域来控制多个发射电路121。因此，多个发射电路121可以根据发射机120要发射电磁波束的位置来生成具有不同相位的传输信号，并且可以将传输信号施加于多个发射天线元件126。例如，沿着逐列方向布置的多个发射电路121可以分别向多个发射天线元件126施加具有不同相位的传输信号，使得在发射机120从在如图2A所示的第一区域A1中的顶部到底部(即，沿-z方向)顺序地发射电磁波束T11、T12、T13等的同时，顺序地改变从沿着一列布置的多个发射天线元件126输出的电磁波的相位。
接收机130可以通过使用1D扫描方法接收从前向环境反射的电磁波。例如，接收机130可以在发射机120在第一区域A1中沿-z方向顺序地扫描电磁波束T11、T12、T13等的同时接收从第一区域A1反射的电磁波。接下来，在图2B中，接收机130可以在发射机120在第二区域A2中沿-z方向顺序地发射电磁波束T21、T22、T23等的同时接收从第二区域A2反射的电磁波。为此，信号处理器110可以根据发射机120发射电磁波的区域来控制接收机130接收电磁波的区域。
例如，图6是示出根据示例性实施例的接收机130的配置的框图。如图6所示，接收机130可以包括包含以2D形式布置的多个接收天线元件136的接收天线阵列135以及分别连接到多个接收天线元件136并将从多个接收天线元件136接收到的信号分别施加到信号处理器110的多个接收电路131。多个接收电路131可以独立地接收信号并将信号施加到信号处理器110，并且可以在信号处理器110的控制下操作。
多个接收天线元件136可以沿着多行和多列以2D形式布置。由于接收机130通过使用1D扫描方法接收电磁波，所以沿一个方向布置的多个接收天线元件136可以彼此电连接。例如，在图6中，沿逐列方向(即，沿Z轴)布置的多个接收天线元件136彼此连接。一个接收电路131可以连接到沿着每一列布置的多个接收天线元件136。换句话说，一个接收电路131可以位于每列中。这是因为发射机120在前向视图V的区域A1、A2、…和An中沿垂直方向扫描电磁波束。然而，示例性实施例不限于此。当发射机120将前向视图V划分成多个水平区域并沿水平方向(例如，+X方向)扫描电磁波束时，沿逐行方向(即，沿X轴)布置的多个接收天线元件136可以彼此连接。在这种情况下，一个接收电路131可以位于每一行中。以下将仅为了方便起见在沿着逐列方向(即，沿Z轴)布置的多个接收天线元件136彼此连接的假定下进行说明。
在具有这种结构的接收机130中，分别由沿着逐行方向(即，沿X轴)布置的多个接收天线元件136接收的电磁波的相位根据电磁波被反射的位置或电磁波传播的方向而变化。换句话说，由不同列中的接收天线元件136接收的电磁波的相位可以根据电磁波被反射的位置而变化。例如，当发射机120向位于前向视图V的左边缘上的第一区域A1发射电磁波时，电磁波首先到达接收天线阵列135中位于最左列(即，沿+X方向的最远列)处的接收天线元件136，并且最后到达位于最右列(即，沿-X方向的最远列)处的接收天线元件136。当发射机120向中心区域发射电磁波时，电磁波可以同时到达接收天线阵列135中的所有列。另外，当发射机120向位于前向观看区域V的右边缘上的第n区域An发射电磁波时，电磁波可以首先到达位于最右列处的接收天线元件136，并且可以最后到达位于最左列处的接收天线元件136。
因此，信号处理器110可以通过使用利用从多个接收电路131施加的信号的数字波束成形方法来提取3D信息。详细地，信号处理器110可以控制多个接收电路131以考虑当在发射机120对前向视图V的区域A1、A2、…和An中的任何一个执行扫描的同时接收从区域A1、A2、…和An反射的电磁波时发生的相位差而精确地接收信号。例如，信号处理器110可以控制沿着多个列布置的接收电路131，以在发射机120对前向视图V的第一区域A1执行扫描的同时接收来自第一区域A1的具有预定相位差或时间差的电磁波。多个接收电路131可以独立地选择和接收具有预定频率的电磁波，去除噪声，将接收到的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号施加到信号处理器110。信号处理器110可以通过使用从多个接收电路131施加的数字信号来提取3D信息。
图7是示出根据示例性实施例的接收机130的配置的框图。如图7所示，接收机130还可以包括沿行方向布置的分别连接到多个接收天线元件136的多个延迟器件133。也就是说，一个延迟器件133可以连接到沿着每列布置的多个接收天线元件136。每个延迟器件133可以位于接收电路131和沿列方向布置的多个接收天线元件136之间。接收机130的延迟器件133可以与发射机120的延迟器件123相同。
在信号处理器110的控制下，多个延迟器件133可以不同地延迟从沿着逐行方向布置的多个接收天线元件136接收的信号。如上所述，由不同列中的接收天线元件136接收的电磁波的相位可以根据电磁波被反射的位置而变化。因此，信号处理器110可以控制沿逐行方向布置的多个延迟器件133，以考虑到当在发射机120扫描前向视图V的区域A1、A2、…和An中的任何一个的同时接收从区域A1、A2、...和An反射的电磁波时发生的相位差而不同地延迟信号。为此，多个延迟器件133可以彼此独立，并且可以在信号处理器110的控制下操作。因此，信号几乎可以同时地到达逐沿行方向布置的多个接收电路131。多个接收电路131可以将独立地接收的模拟信号转换为数字信号，并可以将数字信号施加于信号处理器110。信号处理器110可以通过使用从多个接收电路131施加的数字信号来提取3D信息。
由于发射机120在前向视图V中以多个不同的仰角扫描电磁波束，所以车辆雷达装置100可以应用包括检测到的对象的高度以及距对象的距离、对象的方位角以及对象的相对速度的3D信息。因此，通过使用车辆雷达装置100，可以预先检测到在道路上面或上方的斜坡(例如，前方道路的倾斜)、天桥、立交桥或障碍物。此外，无需为了获得3D信息而增加接收天线阵列135的面积。此外，由于电磁波束被聚焦并被发送到前向视图V的窄区域A1、A2、…和An，所以可以使用具有比当向前向视图V发射没有方向性的电磁波时更低的输出功率的RF芯片，并且可以降低噪声。
已经描述了发射机120通过使用2D扫描方法向前向环境发射电磁波并且接收机130通过使用1D扫描方法接收反射的电磁波的示例性实施例。然而，发射机120可以通过使用1D扫描方法向前向环境发射电磁波，并且接收机130可以通过使用2D扫描方法来接收反射的电磁波。例如，图8A至图8C是示出根据示例性实施例的向前向环境扫描电磁波束的过程的视图。首先，如图8A所示，车辆雷达装置100的发射机120可以选择前向视图V中的第一区域A1，并向整个第一区域A1发射电磁波。例如，第一区域A1可以位于前向视图V的左边缘上，并且可以在垂直方向上延伸。在发射机120向第一区域A1发射电磁波的同时，接收机130可以在第一区域A1中沿垂直方向顺序地接收电磁波多次。例如，接收机130可以在第一区域A1中从顶部到底部(即，沿-z方向)或从底部到顶部(即，沿+z方向)从多个区域R11、R12和R13顺序地接收电磁波。
在第一区域A1中接收电磁波完成之后，如图8B所示，发射机120选择与第一区域A1纵向地相邻的第二区域A2，并向整个第二区域A2发射电磁波。在此时间期间，接收机130在第二区域A2中沿垂直方向顺序地接收电磁波多次。例如，发射机120沿+x方向从第一区域A1移动，同时向第二区域A2发射电磁波。在此时间期间，接收机130可以在第二区域A2中沿-z方向或+z方向从多个区域R21、R22和R23顺序地接收电磁波。
最后，在图8C中，发射机120可以向位于前向视图V的右边缘上并沿z方向延伸的第n区域An同时发射电磁波。在此时间期间，接收机130可以在第n区域An中沿-z方向或+z方向从多个区域Rn1、Rn2和Rn3顺序地接收电磁波。以这种方式，可以完成在一帧期间的前向视图V的扫描。虽然在图8A至图8C所示的示例性实施例中从前向视图V的自左向右顺序地扫描电磁波束，但本公开不限于此。例如，发射机120可以以从第n区域An到第一区域A1的顺序发射电磁波。此外，尽管在图8A至图8C中发射机120向沿垂直方向延伸的区域顺序地发射电磁波，但前向视图V可以被划分为多个水平区域，并且可以向沿水平方向延伸的区域顺序地发射电磁波。
图9是示出根据示例性实施例的用于执行图8A至图8C所示的过程的发射机120的配置的框图。如图9所示，发射机120可以包括：发射天线阵列125，其包括以2D形式布置的多个发射天线元件126；将传输信号施加到多个发射天线元件126中的每一个的发射电路121；以及连接在发射电路121和多个发射天线元件126之间的多个延迟器件123。
多个发射天线元件126可以沿着多行和多列以2D形式布置。由于发射机120通过使用1D扫描方法发射电磁波，所以沿一个方向布置的多个发射天线元件126可彼此电连接。例如，在图9中，沿逐列方向布置的多个发射天线元件126彼此连接。一个延迟器件123可以连接到沿着每一列布置的多个发射天线元件126。换句话说，一个延迟器件123可以位于每一列中。这是因为发射机120向前向视图V中沿垂直方向延伸的区域A1、A2、...和An发射电磁波。然而，本公开不限于此。当前向视图V被划分成多个水平区域并且发射机120向沿水平方向延伸的区域扫描电磁波束时，沿逐行方向布置的多个发射天线元件126可以彼此连接。在这种情况下，一个延迟器件123可以位于每一行中。
一个发射电路121可以连接到多个延迟器件123，并且可以同时地向多个延迟器件123施加传输信号。延迟器件123可以在信号处理器110的控制下延迟从发射电路121接收的传输信号，并且可以将延迟的传输信号施加到每列的发射天线元件126。信号处理器110可以根据发射机120发射电磁波的位置控制多个延迟器件123以不同地延迟传输信号(例如，对传输信号引入不同的延迟)。例如，当向位于前向视图V的左边缘上的第一区域A1发射电磁波时，可以控制多个延迟器件123，使得电磁波首先从最右列的发射天线元件126发射并且电磁波最后从最左列的发射天线元件126发射。
图10是示出根据示例性实施例的用于执行图8A至图8C的过程的发射机120的配置的框图。在图10中，发射机120可以包括独立地操作的多个发射电路121，而不使用延迟器件123。例如，一个发射电路121可以连接到沿着每列布置的多个发射天线元件126。换句话说，一个发射电路121可以位于每列中。多个发射电路121可以被配置为在信号处理器110的控制下，向多个发射天线元件126施加具有不同相位的传输信号。信号处理器110可以根据图8A至图8C的方法来确定要被发射电磁波的区域并且可以根据确定的区域来控制多个发射电路121中的每一个。
图11是根据示例性实施例的用于说明用于执行图8A至图8C的过程的接收天线阵列135的操作的图。如图11所示，接收天线阵列135包括沿着多行和多列以2D形式布置的多个接收天线元件136。由于接收机130通过使用2D扫描方法接收电磁波，所以沿着行和列布置的多个接收天线元件136可以独立地操作并且可以接收电磁波。在具有这种结构的接收机130中，由沿逐行方向和逐列方向布置的多个接收天线元件136分别接收的电磁波的相位根据电磁波被反射的位置或电磁波传播的方向而变化。
例如，当从位于前向视图V的左边缘上的第一区域A1中的最上位置处的区域R11接收电磁波时，电磁波首先到达位于一行中最左列处的接收天线元件136，并最后到达位于最右列处的接收天线元件136。此外，电磁波首先到达位于一列中最上行处的接收天线元件136，并最后到达位于最下行处的接收天线元件136。换句话说，由沿着一行布置的多个接收天线元件136接收的电磁波之间的相位差根据电磁波传播的方位方向而变化，并且由沿着一列布置的多个接收天线元件136接收的电磁波之间的相位差根据电磁波传播的仰角方向而变化。因此，可以通过从多个接收天线元件136接收在沿逐行方向和逐列方向具有适当的时间差或相位差的电磁波来选择在期望的方位方向和仰角方向上反射的电磁波。
图12是示出根据示例性实施例的用于执行图8A至图8C的过程的接收机130的配置的框图。如图12所示，接收机130可以包括分别连接到多个接收天线元件136并将从多个接收天线元件136接收的信号施加到信号处理器110的多个接收电路131。多个接收电路131可以以一对一的方式连接到多个接收天线元件136，并且可以独立地接收信号并且可以将信号施加到信号处理器110。此外，多个接收电路131可以在信号处理器110的控制下从多个接收天线元件136分别接收具有不同相位的信号。例如，多个接收电路131可以在信号处理器110的控制下选择和接收从期望的位置反射的电磁波。因此，信号处理器110可以通过使用利用从多个接收电路131施加的信号的数字波束成形方法来提取3D信息。尽管为了方便起见在图12中仅示出了沿着一列布置的多行的接收电路131和多行的接收天线元件136，但多个接收电路131和多个接收天线元件136可以沿行方向和列方向布置成2D形式。
图13是示出根据示例性实施例的用于执行图8A至图8C的过程的接收机130的配置的框图。如图13所示，接收机130还可以包括分别连接在多个接收天线元件136和多个接收电路131之间的多个延迟器件133。接收机130的延迟器件133可以与发射机120的延迟器件123相同。尽管为了方便起见在图13中仅示出了分别连接到沿着一列布置的多个接收天线元件136的延迟器件133，但延迟器件133可以以一对一的方式连接到沿逐行方向和逐列方向以2D形式布置的多个接收天线元件136，并且多个延迟器件133可以独立地操作。
在信号处理器110的控制下，多个延迟器件133可以不同地延迟从沿逐行方向和逐列方向布置的多个接收天线元件136接收的信号(例如，对信号引入不同的延迟)。因此，信号几乎可以同时地到达多个接收电路131。在信号处理器110的控制下，多个延迟器件133可以根据沿逐行方向和逐列方向延迟信号的程度来选择从前向环境的特定位置反射的电磁波。接下来，多个接收电路131可以将独立地接收的模拟信号转换为数字信号，并可以将数字信号施加到信号处理器110。信号处理器110通过使用从多个接收电路131施加的数字信号提取关于前向环境的3D信息。
虽然已经参考本公开的各种示例性实施例具体示出和描述了本公开，但是示例性实施例仅仅被用于解释本公开，并且不应被解释为限制由权利要求限定的本公开的范围。应该仅在描述性意义上考虑示例性实施例，而不是为了限制的目的。因此，本公开的范围不是通过本公开的详细描述而是由所附权利要求限定，并且该范围内的所有差异将被解释为包括在本公开中。

Claims (25)

1.一种雷达装置，包括：
发射机，被配置为通过执行二维(2D)扫描向环境发射电磁波；
接收机，被配置为通过执行一维(1D)扫描来接收反射的电磁波；以及
信号处理器，被配置为基于由接收机接收的反射的电磁波来提取关于环境的三维(3D)信息。
2.根据权利要求1所述的雷达装置，其中，发射机还被配置为在环境内的第一区域中沿第一方向顺序地发射电磁波第一多次，并且在环境内的第二区域中沿第一方向顺序地发射电磁波第二多次，第二区域沿与第一方向垂直的第二方向与第一区域相邻，以及
其中，接收机还被配置为在发射机向第一区域顺序地扫描电磁波的同时从第一区域接收反射的电磁波，并且在发射机向第二区域顺序地扫描电磁波的同时从第二区域接收反射的电磁波。
3.根据权利要求1所述的雷达装置，其中，信号处理器还被配置为控制发射机以向环境内的区域发射电磁波，并且控制接收机以从该区域接收反射的电磁波。
4.根据权利要求1所述的雷达装置，其中，发射机包括：
发射天线阵列，包括以2D形式布置的多个发射天线元件；
发射电路，被配置为分别向多个发射天线元件施加传输信号；以及
连接在发射电路和多个发射天线元件之间的多个延迟器件，
其中，多个延迟器件被配置为延迟从发射电路施加的传输信号，并且分别向发射天线元件发送延迟的传输信号。
5.根据权利要求4所述的雷达装置，其中，多个延迟器件还被配置为根据多个发射天线元件的相应位置以不同的延迟量来延迟传输信号。
6.根据权利要求4所述的雷达装置，其中，多个发射天线元件和多个延迟器件沿第一方向和第二方向以2D形式布置，以及
其中，沿第一方向布置的多个延迟器件被配置为延迟传输信号，使得在发射机沿第一方向顺序地发射电磁波的同时，顺序地改变从沿第一方向布置的多个发射天线元件输出的电磁波的相位。
7.根据权利要求1所述的雷达装置，其中，发射机包括：
发射天线阵列，包括以2D形式布置的多个发射天线元件；以及
多个独立发射电路，分别连接到多个发射天线元件并且被配置为分别将传输信号施加到多个发射天线元件，
其中，多个独立发射电路还被配置为分别将具有不同相位的传输信号施加到多个发射天线元件。
8.根据权利要求7所述的雷达装置，其中，多个独立发射电路还被配置为根据多个发射天线元件的相应位置，将具有不同相位的传输信号分别施加到多个发射天线元件。
9.根据权利要求7所述的雷达装置，其中，多个发射天线元件沿第一方向和第二方向以2D形式布置，以及
其中，多个独立发射电路被配置为分别将传输信号施加到多个发射天线元件，使得在发射机沿第一方向顺序地发射电磁波的同时，顺序地改变从沿第一方向布置的多个发射天线元件输出的电磁波的相位。
10.根据权利要求1所述的雷达装置，其中，接收机包括：
接收天线阵列，包括以2D形式布置的多个接收天线元件；以及
接收电路，连接到多个接收天线元件并被配置为将从多个接收天线元件接收的信号发送到信号处理器。
11.根据权利要求10所述的雷达装置，其中，多个接收天线元件沿第一方向和第二方向布置，以及
其中，沿第一方向布置的多个接收天线元件彼此电连接。
12.根据权利要求11所述的雷达装置，其中，接收电路包括分别连接到沿第二方向布置的多个接收天线元件的多个独立接收电路。
13.根据权利要求12所述的雷达装置，其中，信号处理器还被配置为通过使用由多个独立接收电路发送的信号执行数字波束成形来提取3D信息。
14.根据权利要求11所述的雷达装置，其中，接收机还包括分别连接到沿第二方向布置的多个接收天线元件的多个延迟器件，以及
其中，多个延迟器件被配置为以不同的延迟量延迟从沿第二方向布置的多个接收天线元件接收的信号。
15.根据权利要求1所述的雷达装置，其中，由信号处理器提取的3D信息包括以下至少之一：到环境中的对象的距离、对象的方位角、对象相对于雷达装置的相对速度和对象的高度。
16.一种雷达装置，包括：
发射机，被配置为通过执行一维(1D)扫描向环境发射电磁波；
接收机，被配置为通过执行二维(2D)扫描来接收反射的电磁波；以及
信号处理器，被配置为基于由接收机接收的反射的电磁波来提取关于环境的三维(3D)信息。
17.根据权利要求16所述的雷达装置，其中，发射机还被配置为向在环境内沿第一方向延伸的第一区域同时地发射电磁波，并且向在环境内沿第一方向延伸的第二区域同时地发射电磁波，第二区域沿着与第一方向垂直的第二方向与第一区域相邻，以及
其中，接收机还被配置为在发射机向第一区域发射电磁波的同时，在第一区域中沿第一方向顺序地接收反射的电磁波第一多次，并且在发射机向第二区域发射电磁波的同时在第二区域中沿第一方向顺序地接收反射的电磁波第二多次。
18.根据权利要求16所述的雷达装置，其中，发射机包括：
发射天线阵列，包括以2D形式布置的多个发射天线元件；
发射电路，被配置为向多个发射天线元件施加传输信号；以及
连接在发射电路和多个发射天线元件之间的多个延迟器件，
其中，多个延迟器件被配置为延迟从发射电路施加的传输信号，并且将延迟的传输信号分别发送到多个发射天线元件，并且根据多个发射天线元件的相应位置以不同的延迟量来延迟传输信号。
19.根据权利要求18所述的雷达装置，其中，多个发射天线元件沿第一方向和第二方向以2D形式布置，
其中，沿第一方向布置的多个发射天线元件彼此电连接；以及
其中，多个延迟器件分别连接到沿第二方向布置的多个发射天线元件。
20.根据权利要求16所述的雷达装置，其中，接收机包括：
接收天线阵列，包括以2D形式布置的多个接收天线元件；以及
接收电路，连接到多个接收天线元件并被配置为将从多个接收天线元件接收的信号发送到信号处理器。
21.根据权利要求20所述的雷达装置，其中，多个接收天线元件沿第一方向和第二方向以2D形式布置，以及
其中，多个接收天线元件还被配置为独立地接收电磁波。
22.根据权利要求20所述的雷达装置，其中，接收电路还包括分别连接到以2D形式布置的多个接收天线元件的多个独立接收电路。
23.根据权利要求22所述的雷达装置，其中，信号处理器还被配置为通过使用由多个独立接收电路发送的信号执行数字波束成形来提取3D信息。
24.根据权利要求20所述的雷达装置，其中，接收机还包括分别连接到以2D形式布置的多个接收天线元件的多个延迟器件，以及
其中，多个延迟器件被配置为以不同的延迟量来延迟从多个接收天线元件接收的信号。
25.根据权利要求16所述的雷达装置，其中，由信号处理器提取的3D信息包括以下至少之一：到环境中的对象的距离、对象的方位角、对象相对于雷达装置的相对速度和对象的高度。
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