CN108872958A - 用于旁瓣抑制的雷达后处理 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于检测雷达装置中的多个目标的系统、方法和设备。发射器发射源信号，并且接收器从多个目标的源信号的反射接收回波信号。产生包括来自多个回波信号的多个目标信号的复合信号。识别复合信号中的最大信号并估计最大信号的参数值。产生代表信号作为具有参数的估计值的点目标的卷积。从复合信号中减去代表信号以获得剩余信号。使用剩余信号确定多个目标中的另一个。

Description

用于旁瓣抑制的雷达后处理

技术领域

本发明涉及一种用于区分使用雷达获得的目标信号的系统和方法，并且具体地涉及一种用于抑制目标信号的旁瓣以便将多个目标相互区分的方法和系统。

背景技术

汽车和其它车辆已经开始采用包括雷达技术的安全系统，该雷达技术用于检测物体或目标相对于车辆的位置使得驾驶员或防撞装置可相应地做出反应。雷达系统包括用于发出源信号的发射器和用于接收来自目标的源信号的回波或反射的接收器。以选定采样频率对接收到的信号进行采样，并且将接收到的信号的采样数据点输入到“快速傅立叶变换(FFT)”中以便确定反射信号的频率。然后使用根据频率确定的目标的各种参数和维度来表示代表数据立方体中的目标的目标信号。

由于数字采样技术的时间限制性质，数据立方体中的目标信号不是中心点，而是显示具有多个旁瓣的中心峰值。在试图将多个目标信号相互区分时，旁瓣的存在会产生复杂情况。例如，当第一目标和第二目标彼此紧靠时，第一目标信号(代表第一目标)的旁瓣可与第二目标信号(代表第二目标)的峰值重叠。当第一目标比第二目标强得多或更强时，第一目标信号的旁瓣可掩盖第二目标信号的存在或改变第二目标信号的出现，由此使得难以准确地测量第二目标。因此，希望除去与目标信号有关的旁瓣，以便更好地将多个目标信号相互区分。

发明内容

在本发明的一个示例性实施例中，公开了一种用于从雷达装置中的第二目标检测第一目标的方法。在该方法中，获得复合信号，该复合信号包括通过从第一目标反射雷达系统的源信号获得的第一目标信号和通过从第二目标反射测试信号获得的第二目标信号。第一目标信号在复合信号中被识别，并且第一目标信号的代表信号被创建为具有第一目标信号的参数值的点目标的卷积。从复合信号中减去代表信号以获得剩余信号，并且从剩余信号中检测第二目标。

在本发明的另一个示例性实施例中，公开了一种用于检测由雷达系统获得的多个目标的方法。获得包括多个目标信号的复合信号，该多个目标信号通过从多个目标反射雷达系统的源信号而在雷达系统的接收器处获得。在处理器上执行操作，该操作包括：识别复合信号中的最大信号；估计最大信号的参数的值；产生最大信号的代表信号作为具有参数的估计值的点目标的卷积；以及从复合信号中减去代表信号以获得剩余信号。

在本发明的又一示例性实施例中，公开了一种雷达系统。雷达系统包括用于发射源信号的发射器和用于从来自多个目标的源信号的反射接收回波信号的接收器，以及处理器。处理器被配置为产生包括来自多个回波信号的多个目标信号的复合信号，并且执行包括以下项的操作：识别复合信号中的最大信号；估计最大信号的参数的值；产生代表信号作为具有参数的估计值的点目标的卷积；以及从复合信号中减去代表信号。

结合附图，根据下文本发明的具体实施方式，本发明的以上特征和优点以及其它特征和优点显而易见。

附图说明

其它特征、优点和细节仅以示例的形式出现在下文实施例的具体实施方式中，该具体实施方式参考附图，其中：

图1示出了包括雷达系统的车辆，该雷达系统适合于确定各种物体或目标相对于车辆的距离和/或相对速度；

图2示出了针对单个目标经由雷达系统获得的单个目标信号的示例性数据空间；

图3示出了包括从多个目标获得的多个时限目标信号以及多个目标信号的复合信号的示例性数据空间；

图4示出了说明检测或区分复合信号中的目标信号的方法的流程图；并且

图5示出了说明应用本文公开的方法以根据复合信号确定目标信号的结果的数据空间。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是有示例性的，而不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的附图标号指示相同或对应的部分和特征。

根据本发明的示例性实施例，图1示出了包括雷达系统102的车辆100(诸如汽车)，该雷达系统适合于确定各种物体或目标相对于车辆100的距离和/或相对速度。在图1中所示的实施例中，雷达系统102包括发射器106和接收器108。在替代实施例中，雷达系统102可为包括发射器阵列和接收器阵列的MIMO(多输入多输出)雷达系统。车辆100上的控制单元110控制和操作发射器106以产生射频波(“源信号”120)。在一个实施例中，源信号120包括通常被称为啁啾信号的线性调频连续波(LFM-CW)。替代地，源信号120可为脉冲信号或者脉冲信号与啁啾信号的组合。在车辆100的可能路径中示出了第一目标104和第二目标114。为了说明目的，第一目标104是相对于车辆102处于第一位置且相对于车辆102具有第一相对速度v1的另一个车辆。第二目标114是相对于车辆102处于第二位置(在人行道上)且相对于车辆102具有第二相对速度v2的人。来自第一目标104的源信号120的反射提供第一回波信号122。来自第二目标114的源信号120的反射提供了第二回波信号124。第一回波信号122和第二回波信号124在接收器108处被接收，该接收器108通常包括用于对回波信号122、124进行采样的电路。控制单元110对第一回波信号122和第二回波信号124进行计算，以确定第一目标104和第二目标114相对于车辆100的距离和/或相对速度。然后可使用第一目标104和第二目标114相对于车辆100的距离和/或相对速度的知识来通过例如车辆100加速或减速或使车辆转向以避开第一目标104和第二目标114来操纵车辆100。在一个实施例中，控制单元110确定第一目标104和第二目标114相对于车辆100的距离和/或速度，并且与防撞系统112协作以控制转向和加速/减速分量以在车辆100处执行必要的操纵来避开第一目标104和第二目标114。在另一个实施例中，控制单元110提供信号以警告车辆100的驾驶员，使得驾驶员可采取任何必要的行动来避开第一目标104和第二目标114。

虽然雷达系统102在本文中被讨论为车载车辆100，但是在替代实施例中，雷达系统102也可为固定或静止物体的一部分。类似地，目标104可为车辆或移动物体，或者可为固定或静止物体。

图2示出了针对单个目标经由雷达系统获得的单个目标信号的示例性数据空间200。为了说明目的，将目标信号示为一维信号。该维度可为目标的范围(目标距离)、方位角和仰角或速度(即，相对速度)中的一项。然而，雷达系统能够获得多维参数值，包括距离、方位角、仰角和速度。当获得所有四个维度的参数值时，雷达系统会产生用于表示目标信号的四维数据立方体。在四维数据立方体中，目标信号因此被表示为四维点。为了说明目的，图2仅示出单个维度，即，范围。

数据空间200包括时间限定的目标信号202，即，在无限采样时间内获得的目标信号。时间限定的目标信号202由位于参数空间中的位置处的单个峰值来特征化。说明性目标信号202位于12.98米的距离处。峰值的高度指示来自目标的信号的强度或强烈度。图2还示出了时限目标信号204。时限目标信号204由目标的位置(即，12.98m)处的峰值204a以及各种旁瓣204b来特征化。旁瓣204b的强烈度通常比峰值204a的强烈度小约10分贝。时限目标信号204的形状是由于存在有限的采样时间段而导致的。

图3示出了包括从多个目标获得的多个时限目标信号的示例性数据空间300。图3示出了一维数据空间。然而，与图2一样，当已经测量了目标的四个参数时，雷达系统可将图3的目标信号呈现为四维数据立方体中的四维信号。第一目标信号302被示为具有中心峰值302a和旁瓣302b。第二目标信号304被示为具有中心峰值304a和旁瓣304b。为了说明目的，可考虑相对于图1的第一目标104获得第一目标信号302和相对于图1的第二目标114获得第二目标信号304。第一目标信号302比第二目标信号304更强或更强烈。

图3还示出了表示第一目标信号302和第二目标信号304之和的复合信号310。复合信号310具有两个主峰310a和310b。峰值310a包括第一目标信号302的峰值302a作为其主要分量。因此，峰值310a的参数值(例如，范围)与峰值310的参数足够接近以致被认为是相同的。例如，两个峰值310a和302a均在约13.1米(m)的范围内。峰值310b包括第二目标信号304的峰值304a和第一目标信号的旁瓣302b两者作为主要贡献者。因为旁瓣302b具有与峰值304a相当的强度，所以峰值310b偏离峰值304a。对于强旁瓣302b，峰值310b的参数值与峰值304a的参数值明显不同。作为示例，峰值304a位于25.1m处，并且峰值310b位于26.89m处，相差1.79米。本文公开的方法提供了确定第二信号304的峰值304b的参数的值而不是峰值310b的值的方法。该方法可扩展到四个参数维度以及四维数据立方体内多个目标信号的存在。

图4示出了说明检测或区分复合信号中的目标信号并且由此检测它们的相关目标的方法的流程图400。在框402中，通过来自多个目标的源信号的反射从雷达系统获得复合信号。由反射产生的复合信号包括表示多个目标的多个目标信号。在框404中，确定复合信号中最大、最高或最强烈的峰值。在框406中，将最大峰值与信噪比(SNR)进行比较并做出决定。如果最大峰值的量值大于SNR或大于相对于SNR定义的选定阈值，则该方法继续经由框408到414检测其它目标信号。否则，该方法在框416处停止。

在框408中，估计最大信号的峰值的参数的值。该参数至少是范围、仰角、方位角和速度中的一个，并且通常是这全部四个参数。在框410中，根据框408中估计的参数的值创建点目标。例如，如果估计的参数是25米的距离，则创建位于25米处的点目标。在框412中，根据点目标产生代表信号。点目标可与函数进行卷积以获得代表信号。在一个实施例中，函数是正弦函数，被定义为sinc(x)＝sin(x-x₀)/x，其中x₀是参数的估计值，并且x是积分参数。点目标与正弦函数的卷积产生类似于图2的曲线304的代表信号。在框414中，从复合信号中减去代表信号以获得剩余信号。可使用框414处的剩余信号作为进入框404到414的下一次迭代的复合信号来迭代该过程。

虽然为了说明目的在流程图400中关于单个参数(即，范围)描述了该方法，但是应当理解的是，雷达系统可测量目标的多个参数。在一个实施例中，范围、方位角、仰角和速度的参数由雷达系统确定并在流程图400中使用。所产生的复合信号和组成复合信号的目标信号是四维数据立方体中的四维信号，其中数据立方体的维度是范围、方位角、仰角和速度的参数。因此，在框408中估计的最大信号(即，最大信号的最大峰值)的参数的值包括四个参数的值。在框410中创建的点目标是四维点目标，并且在框412中，四维点目标与四维正弦函数进行卷积以便获得四维代表信号。在框414中，从四维复合信号中减去四维代表信号以获得四维剩余信号。

图5示出了说明应用本文公开的方法以根据复合信号确定目标信号的结果的数据空间500。数据空间500仅示出单个维度，其被选择为范围仅用于说明目的。复合信号包括第一目标信号和第二目标信号。数据空间500示出了第二目标信号的峰值504的区域中的特写。数据空间500示出了第一目标信号的峰值502的一部分和第一目标信号的第一旁瓣502s。数据空间还示出了第二目标信号的峰值504。第一目标信号峰值的强度或强烈度大于第二目标信号峰值的强度或强烈度。复合信号508是第一目标信号和第二目标信号之和。由于旁瓣502s的强度，由复合信号508的顶点508a确定的范围的估计值明显不同于由峰值504的顶点504a确定的范围的估计值。具体地，顶点508a位于26.76处，而顶点504a位于25.15处，误差约为6.4％

曲线510表示通过应用本文公开的方法或识别第一(最强)信号、为第一信号创建代表信号并从复合信号中减去代表信号而产生的剩余信号。清楚的是，剩余信号510的顶点510a比复合信号508的顶点508a与顶点504a更加对齐。具体地，顶点510a位于25.39m处，而顶点504a位于25.13m处，误差约为0.95％。因此，通过从复合信号中减去第一目标信号和其旁瓣，增加了能够确定第二目标信号的顶点和其参数值的准确度。

本文公开的方法改进了雷达系统相互区分多个目标信号并且更精确地确定与多个目标信号相关联的参数值的能力。可将改进的参数值提供给驾驶员或防撞系统，以便驾驶员或防撞系统在避开目标方面具有改进的反应，因此提高驾驶员和车辆的安全性。

虽然已参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以做出各种改变且等同物可以取代其元件。另外，在不脱离本发明的本质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情形或材料适应于本发明的教导。因此，本发明不旨在限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落在申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种检测由雷达系统获得的多个目标的方法，包括：

获得包括多个目标信号的复合信号，所述多个目标信号通过从多个目标反射雷达系统的源信号而在所述雷达系统的接收器处获得；以及

在处理器上执行操作，所述处理器包括：

识别所述复合信号中的最大信号，

估计所述最大信号的参数值，

产生所述最大信号的代表信号作为具有所述参数的所述估计值的点目标的卷积，以及

从所述复合信号中减去所述代表信号以获得剩余信号。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用所述剩余信号在所述处理器上重复所述操作，直到所述复合信号中的所述最大信号低于选定信噪比。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从所述最大信号中识别目标。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述最大信号的旁瓣大致上与所述复合信号中的另一个信号的峰值重合，并且减去所述代表信号以从所述复合信号中除去所述旁瓣。

5.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述代表信号进一步包括将所述点目标与正弦函数进行卷积。

6.一种雷达系统，包括：

用于发射源信号的发射器；

接收器，其用于从来自多个目标的所述源信号的反射中接收回波信号；以及

处理器，其被配置为：

产生包括来自所述多个回波信号的多个目标信号的复合信号，并且

执行包括以下项的操作：

识别所述复合信号中的最大信号，

估计所述最大信号的参数值，

产生代表信号作为具有所述参数的所述估计值的点目标的卷积，以及

从所述复合信号中减去所述代表信号。

7.根据权利要求6所述的雷达系统，其中所述处理器重复所述操作，直到所述复合信号中的所述最大信号的量值小于选定阈值。

8.根据权利要求6所述的雷达系统，其中所述最大信号的旁瓣大致上与所述复合信号中的另一个信号的峰值重合，并且所述处理器减去所述代表信号以从所述复合信号中除去所述旁瓣。

9.根据权利要求6所述的雷达系统，其中所述处理器通过将所述点目标与正弦函数进行卷积来产生所述代表信号。

10.根据权利要求9所述的雷达系统，其中所述点目标是四维点目标并且与四维正弦函数进行卷积。