CN108957439A

CN108957439A - 用于通过使汽车雷达传感器中雷达信号的双频差平衡来使近距雷达信号减弱的装置和方法

Info

Publication number: CN108957439A
Application number: CN201810352996.0A
Authority: CN
Inventors: 威廉·法默; 迈克尔·帕拉迪
Original assignee: Otto Arif Asp
Current assignee: Magna Electronics Co ltd
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2038-04-19
Also published as: CN108957439B

Abstract

本发明涉及用于通过使汽车雷达传感器中雷达信号的双频差平衡来使近距雷达信号减弱的装置和方法。雷达信号发射器发射分别在不同的第一频率和第二频率的第一雷达信号和第二雷达信号。雷达接收器接收反射雷达信号并生成表示反射雷达信号的接收信号。第一接收信号表示由第一发射雷达信号的反射生成的第一反射雷达信号，并且第二接收信号表示由第二发射雷达信号的反射生成的第二反射雷达信号。处理器接收第一接收信号和第二接收信号并计算第一与第二接收信号之间的差值以生成差值信号。处理器处理差值信号以提供针对该区域的雷达信息，处理器调整第一接收信号和第二接收信号中至少一者的幅值和相位中至少一个，使得该差值在距接收器预选距离处最优化。

Description

用于通过使汽车雷达传感器中雷达信号的双频差平衡来使近距雷达信号减弱的装置和方法

相关申请

本申请是在2015年9月30日向美国专利商标局提交的14/870,226号共同审理的美国专利申请的部分接续申请(CIP)，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及汽车雷达系统，并且具体地，涉及用于使汽车雷达传感器中的近距雷达信号减弱的装置和方法。

背景技术

在汽车雷达系统中，雷达传感器可以安装(即，物理附接)于车身或车架。替代地，传感器可以安装于保险杠面板。雷达系统性能的特征通常基于汽车雷达系统的检测物体和准确地确定其距离、方位和多普勒速度的能力。为了进行雷达处理的目的，常常优选将传感器安装于保险杠面板而非车架或车身。这是因为，当传感器安装于面板时，通常由于雷达传感器和面板一起振动(即，它们同步且同相位)所以雷达系统性能更好。因此，雷达传感器将面板视为相对于雷达传感器是静止的，即，处于恒定距离处。雷达将面板作为恒定信号来处理。如此，可以在进一步处理之前容易地从雷达信号中移除由于从面板返回而导致的信号。

然而，一些汽车制造商为了提高组装的便捷性或者是出于其他原因，而更喜欢将雷达传感器安装在车身上。在该配置(即，将雷达传感器安装在车身或车架上)中，由于面板的运动与传感器的运动不同步，所以雷达系统性能可能会因振动而降低。不同于恒定的面板信号，由于振动而导致的面板相对于传感器的运动表现为时变信号，该时变信号可能难以从雷达信号中清除。面板信号清除不完全使得雷达监测物体和/或正确估算物体参数的能力降低。

发明内容

根据一个方面，提供一种雷达系统。该雷达系统包括用于将发射雷达信号发射到区域中的发射器，第一发射雷达信号具有第一频率，并且第二发射雷达信号具有不同于第一频率的第二频率。接收器接收由发射雷达信号的反射生成的反射雷达信号以及生成表示反射雷达信号的接收信号，第一接收信号表示由第一发射雷达信号的反射生成的第一反射雷达信号，并且第二接收信号表示由第二发射雷达信号的反射所生成的第二反射雷达信号。处理器接收第一接收信号和第二接收信号以及计算第一接受信号与第二接收信号之间的差值以生成差值信号，处理器处理差值信号以提供针对该区域的雷达信息，处理器调整第一接收信号和第二接收信号中至少一者的幅值和相位中的至少一个，使得差值在距接收器预选距离处最优化。

在一些示例性实施例中，处理器使用最小化方法来调整第一接收信号和第二接收信号中至少一者的幅值和相位中的至少一个。最小化方法可以包括迭代最小化方法。最小化方法可以包括功能适应法。最小化方法可以包括最速下降法。最小化方法可以包括多假设法。

在一些示例性实施例中，第一频率与第二频率之间的差值被选择为使得与雷达系统附近的区域中的物体有关的信息在差值信号中被减弱。

在一些示例性实施例中，第一频率与第二频率之间的差值被选择为使得，第一反射雷达信号与第二反射雷达信号之间的相位差使得与雷达系统附近的区域中的物体有关的信息在差值信号中被减弱。

在一些示例性实施例中，第一频率为大约24.2GHz。

在一些示例性实施例中，第一频率与第二频率之间的差值为大约11MHz。

在一些示例性实施例中，发射雷达信号为脉冲雷达信号。脉冲雷达信号的脉冲可以具有大约120纳秒的持续时间。

在一些示例性实施例中，雷达系统为汽车雷达系统。在一些示例性实施例中，第一频率与第二频率之间的差值可以被选择为使得与雷达系统附近的区域中的物体有关的信息在差值信号中被减弱。雷达系统附近的区域中的物体可以包括汽车的保险杠面板，雷达系统设置在保险杠面板中。第一频率与第二频率之间的差值可以被选择为使得，第一反射雷达信号与第二反射雷达信号之间的相位差使得与雷达系统附近的区域中的物体有关的信息在差值信号中被减弱。

附图说明

在以下详细描述中，参照所提到的多个附图，通过本公开实施例的非限制性示例来进一步描述本公开，在附图中，在所有附图的若干视图中类似的附图标记代表相似的部分。

图1包括根据一些示例性实施例的、用于处理汽车雷达信号的汽车雷达传感器模块的示意性框图。

图2包括根据一些示例性实施例的、配备有雷达系统的汽车或车辆的示意性俯视图，其中，该雷达系统包括一个或多个雷达传感器模块。

图3包括根据一些示例性实施例的示意性时序图，其示出雷达处理的使近距物体减弱的示例性时序。

图4包括根据一些示例性实施例的逻辑流程图，其示出雷达处理的使近距物体减弱的逻辑流程。

图5是根据一些示例性实施例的、汽车雷达系统中的抑制(减弱)与距离区段(bin)的曲线图。

图6包括根据一些示例性实施例的逻辑流程图，其示出雷达处理的使用平衡FSK减弱近距物体的逻辑流程。

图7包括根据一些示例性实施例的逻辑流程图，其示出雷达处理的产生使双频差最优化的平衡的逻辑流程。

图8包括根据一些示例性实施例的、在幅值和相位校正的二维空间中的九个平衡假设的配置的示意图。

图9包括根据一些示例性实施例的、示出随接收门偏置时间变化的一对示例性I和Q雷达信号的曲线图。

图10包括根据一些示例性实施例的示意图，其示出FSK差值的随对于示例性足够数据集的在平衡假设的二维空间中的平衡值变化的剩余功率。

图11A和11B包括示出针对具有两个不同雷达频率的所采用的平衡FSK信号的计算平衡幅值和计算平衡相位随时间的变化的时序图，其示出水在位于距传感器2cm处滴落对这些参数的影响。

图12包括包含示出在雷达扫描中测量的平衡相位随时间的变化的曲线图的示意图，其示出水飞溅在附近保险杠面板上对平衡相位的影响。

具体实施方式

根据本公开的示例性实施例，提供一种汽车雷达系统，其中，从雷达信号中移除了在特定的预定距离处出现的不期望物体的效应。例如，可以消除通过本车辆的保险杠面板带给雷达信号的效应，该效应可能由于相对于雷达传感器的振动和其他运动而产生近距时变信号。这导致大大改善的雷达系统性能，其特征在于汽车雷达系统监测物体和准确地确定其距离、方位和多普勒速度的能力上的大大改善。根据示例性实施例，本公开的系统通过大大或完全减弱在产生信号的物体(即，保险杠面板)所位于的距离处的信号来消除或大大减小这些不期望的效应。该技术对移除由于物理上非常接近传感器的物体(例如，雨水飞溅、来自(一个或多个)转动轮胎的反射等)而导致的任何信号也是有效的。本公开的技术还可以用来使距传感器任意预定距离处的信号减弱。

图1包括根据一些示例性实施例的汽车雷达系统10的示意性框图，其中，该汽车雷达系统10包括用于处理汽车雷达信号的一个或多个雷达传感器模块12。参照图1，系统10包括一个或多个雷达模块12，该雷达模块12处理与本车辆中的雷达检测和监测系统10相兼容的雷达发射和接收信号。雷达模块12生成雷达信号并将其发射到邻近于正在被雷达系统监测的本车辆的区域中。信号的生成和发射由RF信号发生器24、雷达发射电路20和发射天线16完成。雷达发射电路20通常包括生成经由发射天线16发射的信号所需要的任何电路，例如脉冲整形/时序电路、发射触发电路、RF开关电路或由雷达系统10使用的任意其他适当的发射电路。

雷达模块12还经由接收天线18在雷达接收电路22处接收返回的雷达信号。雷达接收电路22通常包括处理经由接收天线18接收的信号所需要的任意电路，例如脉冲整形/时序电路、接收触发电路、RF开关电路或由雷达系统使用的任意其他适当的接收电路。由雷达接收电路22处理的接收信号被转发到移相电路26，移相电路26生成具有预定相位差的两个信号。被称为同相(I)信号和正交(Q)信号的这两个信号，分别通过混合器28和30与来自RF信号发生器24的RF信号相混合。导致的差值信号按照需要由滤波电路32进一步滤波以生成图1中标有“I”和“Q”的基带I和Q信号。基带I和Q信号被模数转换器电路(ADC)34数字化。

在汽车雷达系统中，这些数字化I和Q基带信号由处理器(例如数字信号处理器(DSP)36)来处理。在一些示例性实施例中，DSP 36可以执行诸如信号相减和/或快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)处理等处理，以生成根据本文中的详细描述来处理的多个距离区段，来减弱近距雷达信号以改善雷达系统10的性能。在一个具体的实施例中，雷达系统10为用来检测和/或识别本汽车的盲点中的物体的盲点雷达系统。

图2包括配备有雷达系统10的汽车或车辆50的示意性俯视图，其中，雷达系统10包括一个或多个雷达传感器模块12。在图2中所示的具体实施例中，雷达系统10为用于报告在汽车50的一个或两个盲点中的物体检测的盲点系统。将会理解的是，本公开可应用于其他类型的雷达系统10。第一雷达传感器模块12A经由总线60(在一些示例性实施例中，总线60为标准汽车控制器局域网络(CAN)总线)连接到第一CAN总线电子控制单元(ECU)56。来自雷达传感器模块12A的物体检测被报告到ECU 56，其中，ECU 56处理检测并且经由CAN总线60提供检测警报。在一些示例性实施例中，警报可以为对驾驶者可见的可视指示器的形式，例如在后视镜64中的发光二极管(LED)。类似地，在一些示例性实施例中，第二雷达传感器模块12B经由CAN总线60连接到第二CAN总线电子控制单元(ECU)58。来自雷达传感器模块12B的物体检测被报告到

ECU 58，其中，ECU 58处理检测并经由CAN总线60向可视指示器(例如后视镜66中的发光二极管(LED))提供检测警报。

根据示例性实施例，在正常的雷达检测处理期间，雷达传感器模块12通过将在扫描配置中的脉冲雷达信号发射到车辆50周围的区域中来操作。在一些具体的示例性实施例中，假设系统10应用于汽车雷达，系统10的距离可以例如为大约13.0米。这个总距离被划分为多个距离增量，这些距离增量分别与多个距离“区段”相关联。在雷达检测处理期间，在一些示例性实施例中，在每一个增量处，从传感器模块12发射多个发射雷达脉冲。按照具体距离的距离区段的限定，雷达接收器“打开”以接收返回的雷达信号。每个距离处的返回信号经过整合期，在整合期期间对雷达接收信号进行采样和保持。在每个距离的整合期的结尾处，累计的采样和保持接收信号被储存为该距离区段中的数据。然后增加用于下一数据收集期的距离，并且重复该过程以生成用于下一距离区段的数据。该过程持续直到对于感兴趣的总距离中的所有距离增量都收集到数据。在一些具体的示例性实施例中，对于大约13.0米的总最大距离使用具有大约0.05米的距离差的256个距离增量。

根据本公开，为了消除不期望的近距物体(例如，车辆50的保险杠面板54)的效应，用于近距的接收信号被大大减弱。根据示例性实施例，这通过在每个距离处发射至少两组雷达脉冲信号并使用响应于用于该距离的这两组发射信号而生成的接收信号的组合来生成用于每个距离区段的接收信号数据。具体地，根据一些示例性实施例，在每个距离增量之内，发射处于第一频率f₁的第一发射脉冲。在由接收脉冲或接收门的激活所确定的第一接收期期间，接收并储存针对该发射脉冲的返回(比如反射信号)。接下来，发射处于第二频率f₂的第二发射脉冲。在由第二接收脉冲或接收门的激活所确定的第二接收期期间，接收并储存与该第二发射脉冲相关联的返回。在一些示例性实施例中，在每个距离增量处，可以为了例如改善信噪比(SNR)的目的而发射频率在f₁与f₂之间反复地交替的频率的雷达照明脉冲以及接收和储存针对每个发射脉冲的返回数据的过程。在一个具体的示例性实施例中，在每个距离增量期间，发射频率在f₁与f₂之间交替的29对照明脉冲。替代地，在其他具体的示例性实施例中，发射处于第一频率f₁的29个脉冲，接着发射处于第二频率f₂的29个脉冲。然后，根据示例性实施例，对于每个距离增量，在两个生成的接收信号之间执行复数减法，以生成针对该距离增量的实际接收信号数据。然后处理该差值信号而非实际接收信号中的一者来执行物体检测。

根据示例性实施例，发射频率的差值引起相关联的接收信号之间的相位差。当对信号执行了复数减法时，由于相似信号的直接相减导致非常小的结果信号，因此有效地消除具有最小相位差的信号。理解到由于雷达信号的双程返回时间相对较小，所以来自最小(即，最近的)距离的信号将具有最小的相位差，本公开的方法的效果是减弱近距信号。因此，在例如保险杠面板或者其他近距物体的情况下，接收信号被大大减弱以至于被有效地从物体检测雷达处理中清除。

图3包括根据一些示例性实施例的、示出雷达处理的使近距物体减弱的示例性时序的示意性时序图。图4包括根据一些示例性实施例的、示出雷达处理的使近距物体减弱的逻辑流程的逻辑流程图。在图3的时序图中，第一曲线示出示例性照明发射脉冲的示例性时序，第二曲线示出示例性接收和整合处理的示例性时序，第三曲线表示整合接收信号的复数减法的示例性时序，以及第四曲线表示对多个距离增量的相减接收信号的示例性物体检测雷达处理。

参照图3和4，在步骤S302中，对于第一距离(即，距离1)，发射第一频率f₁的照明雷达脉冲，如302(111)所表示的，其中，按照本文所使用的惯例，括号中的第一个数字表示距离增量1，括号中的第二个数字表示频率序号1，以及括号中的第三个数字表示发射脉冲对的序号。虽然未在图3中图示，但是该第三个数字将在1到f₁/f₂发射对的重复数字的范围内变化，如上所提及的，在一个具体的示例性实施例中，该重复数字为29。如主动接收信号或接收“门”305(111)所表示的，在步骤S304中接收并整合针对第一距离的第一发射脉冲(即，302(111))的返回。如步骤S306中所表示的，生成针对以f₁发射的信号的整合第一接收信号。接下来，如步骤S308中所表示的，对于第一距离增量(即，距离1)，之后发射第二频率f₂的雷达脉冲302(121)。如主动接收信号或接收“门”305(121)所表示的，在步骤S310中接收并整合针对第一距离增量中的第二发射脉冲302(121)的返回。如步骤S312中所表示的，生成针对以f₂发射的信号的整合第二接收信号。

如以上所描述的，步骤S302至S312可以在当前距离增量(即，距离1)之内重复任意次数。如以上所描述的，在一些具体的示例性实施例中，这些步骤针对每个距离增量重复29次，以生成整合的第一接收信号和第二接收信号。

接下来，如步骤S314中以及图3中的脉冲301(1)所表示的，整合的第一接收信号和第二接收信号相减以生成针对当前距离增量(即，距离1)的相减接收信号。通常，该减法为复数的复数减法。如步骤S316中所表示的，距离增量序号增加，例如增加到距离2，并且在决定步骤S318中，校核距离增量来确定是否已经到达正在处理的感兴趣的最大距离。如果否，那么流程返回步骤S302，并且针对下一距离增量(即，距离2)重复步骤S302至S318的过程。也就是说，在距离2中，发射频率f₁和f₂的两组脉冲，并且如示出的由主动接收信号或接收门305(211)和305(221)接收并整合返回信号。在301(2)处针对距离增量距离2执行减法。

以上过程持续直到整个过程完成，即，针对感兴趣的总距离中的每个距离增量或区段都生成相减接收信号。也就是说，如图3中所图示的，该过程持续直到针对距离N的相减接收信号完成。这被称为发射脉冲的完全扫描。在完全扫描之后，在决定步骤S318中，当前距离将超过最大距离N，并且流程继续步骤S320。在步骤S320，执行针对多个距离的相减接收信号的雷达处理以提供物体检测，如图3的时序图中的主动物体检测处理信号303所表示的。根据示例性实施例，相较于现有系统，实施步骤S320的雷达物体检测具有移除无关近距物体(例如保险杠面板)以及因此不影响雷达物体检测的效果。在步骤S322中，当检测到有关物体时，生成警报。

参照图3，注意通过相对于发射脉冲的时序改变打开接收器以接收和处理返回的时间来实现不同的距离增量。也就是说，参照图3，主动接收器周期或距离“门”305相对于发射脉冲的时序被改变。通过稍后打开接收器周期，由于接收和处理的信号的双程时间更长所以对更长的距离进行分析。然而，由于相对长的发射脉冲和相对短的接收脉冲，所以所有返回都将包括与短距目标(例如，保险杠面板)有关的信息。也就是说，由于来自紧邻雷达单元的所有物体的反射，所以所有返回都将超出针对具体距离增量确定的最大距离，其中，所述最大距离由发射脉冲和接收脉冲的相对时序来限定。根据本公开，由于距离增量之内的不同发射频率，所以返回的复数减法使来自近距物体的这些返回的效应减弱。

根据本公开，每个发射脉冲被发射以及可能反射离开物体，并且在发射下一发射脉冲之前接收反射的返回。因此，根据如图3中示出的具体的示例性实施例，发射脉冲和接收脉冲是交错的、实际上由于发射脉冲的长度而重叠。根据本公开，每个接收脉冲的前沿与其相应的相关发射脉冲精准地定时，以便控制将在该距离增量或区段中接收到的物体反射的最大距离。由于调节约束所以该发射脉冲非常长。在一些具体的示例性实施例中，发射脉冲具有大约120纳秒的持续时间。另外，接收脉冲相对非常短，并且发生在正在发射相关发射脉冲期间的某一段期间。这种配置导致每个距离增量或区段具有来自除了所有较短范围之外的位于区域最大距离处的所有物体的反射能量。也就是说，由于发射脉冲以及其相应的相关接收脉冲的相对持续时间，所以针对在正在使用的波形的每个距离区段中出现来自近距物体(比如保险杠面板)的反射能量。本公开提供从系统的雷达物体检测处理中减弱或消除这种不希望的反射能量的方法。

在一些具体的示例性实施例中，系统的总距离为大约13.0米，并且每次扫描包括256个距离增量或区段，即，N＝256，这导致大约0.05米/区段，并且每个接收主动周期或门305在256个独立延迟时间中的一个处打开。

根据本公开，雷达传感器两次发射期望的波形。第一次发射使用系统的名义无线电频率，在一些具体的示例性实施例中该频率可以为大约24.2GHz。第二次发射是以从第一频率向上或向下偏置一定数值(例如11MHz)的无线电频率。根据本公开，可以从第二部分的接收信号中减去来自第一部分的接收信号。每个信号都是复数，因此产生的相减信号也是具有实部和虚部的复数。然后借助与现有系统的原始波形相同的程序来处理产生的复数相减信号以便执行物体检测和参数估算，其中，该原始波形仅被发射一次。

因此，本公开的技术产生信号的减弱，其中减弱取决于物体距离。在理想情况下，零距离具有完全的减弱。减弱随着物体距离的增加而减小，直至不具有信号能量的减弱的某一距离。在信号能量不减弱的距离处，两个信号实际上同相相加，这可以导致信噪比(SNR)的改善，例如3dB的SNR改善。在某些示例性实施例中，零减弱所发生的距离取决于第一波形部分和第二波形部分(即，发射脉冲组)的频率偏置。这是因为频率上的轻微差异引起返回信号相位上的差异。这种相位差取决于距离。近距信号将具有较小的路径长度差值，并且因此具有较小的相位差。因此，当执行减法时，信号表现出较大的减弱。例如，大约11MHz的偏置可以用来实现大约6.8米处的零减弱。

图5为抑制(减弱)与距离区段的曲线图。如图5中所示，在面板的距离处(即，距离小于0.3米)的抑制是显著的，相反，在大约6.8米处，抑制为零。

还应当注意，图3的时序图中描绘的事件的相对持续时间不是按比例的。例如，在一些示例性实施例中，发射脉冲宽度相对长，并且接收门持续时间相对短。在一些具体的示例性实施例中，发射脉冲宽度为大约120纳秒，并且接收门宽度为8纳秒。

在其他的示例性实施例中，系统的减弱效果可以适应具体的性能要求。如以上详细描述的，脉冲雷达系统(比如本文中所描述和要求保护的系统)考虑某一距离或距离区段处存在的物体，然后考虑稍微不同距离处的物体，通常距离雷达稍微更近或稍微更远的物体。区段接区段地对此进行重复，直到感兴趣的整个距离都已经被覆盖。根据本公开，可以针对每个距离区段选择具体的频率偏置，以便控制每个距离区段中不期望与期望物体的减弱。最大减弱一般在零距离处，而面板通常存在于稍微不同的距离处。根据一些示例性实施例，可以对接收信号部分中的一者引入相位转动，以将最大减弱移动到任意期望距离。另外，根据一些示例性实施例，发射脉冲可以在超过一个频率偏置(例如，10MHz和20MHz)下发射。在这种情况下，根据待检测物体的距离，可以对不同的对执行复数减法。根据示例性实施例，通过适当选择频率偏置和被选对，所选择的物体信号的减弱可以在具体的感兴趣距离处最优化，例如最小化。

因此，根据前述示例性实施例的详细描述，在保险杠面板的后方操作的汽车雷达传感器通常检测来自附近物体(最主要的是来自保险杠面板)的强信号。使用长发射脉冲的某些雷达将这种反射信号收集到针对较大距离的许多或所有测量中，其中，这种反射信号变成不期望噪声的来源。具体而言，保险杠周围区域中可以能例如起因于振动或坠落效应的急速变化可能产生不期望的多普勒信号，这种多普勒信号遮蔽更大距离处的期望的多普勒检测目标。这种信号通常是不期望的，因为其降低雷达检测物体和准确地估算物体参数的能力。可能引起这种变化的现象包括面板的机械振动和在面板上或面板附近移动的雨水。

本文中所详细描述的减小这种不期望信号的技术使用两个发射频率的差值(产生拍频波形图)以在放大来自较大距离处的信号的同时减弱近距(即，保险杠面板)信号。该技术在本文中称作“FSK减法”，或简称为“FSK”，其不应与公知的频移键控的缩写混淆，但是，在示例性实施例中，该技术的确利用了至少两个不同频率的连续波雷达信号。来自两个频率的拍频波形图在对较远距离处的目标产生建设性增加的同时大大抵消了来自面板和附近物体的信号。在一些具体的实施例中，在连续波汽车雷达系统中使用本文所描述的技术来进行盲点检测。

当接收信号和差分信号两者的特征不精准匹配时，FSK减法可能遗留来自面板和附近物体的不期望残余。根据示例性实施例，确定幅值差和相位差两者都存在于相对近距处(例如，保险杠面板处)的两个信号之间。另外，接收信号的特征可以响应于环境的变化而变化。这种变化的示例包括面板的运动或变形、经过面板的雨滴的运动、面板上水的飞溅或其他这种变化。

根据一些示例性实施例，通过在求差之前对两个不同频率的雷达信号进行动态平衡来实现不期望的保险杠面板信号的最佳抵消。这种技术在本文中称作“平衡FSK”。图6包括根据一些示例性实施例的逻辑流程图，其示出雷达处理的使用平衡FSK来减弱近距物体的逻辑流程。图6包括对图4的流程图进行修改以包括平衡步骤S513。图6的所有其余步骤都具有与图4的相应步骤相同的附图标记，并且与结合图4的上述详细描述相同。这些类似步骤的具体实施方式将不再赘述。

图7包括根据一些示例性实施例的逻辑流程图，其示出雷达处理的产生使双频差最优化的平衡的逻辑流程。也就是说，图7包括图6中所示的平衡步骤S513的详细逻辑流程图。在两个不同雷达频率f₁和f₂下的接收信号F1和F2分别被平衡以使来自FSK减法的不期望残余的抵消最优化。平衡调整使来自两个雷达频率的信号之间的匹配的测量最优化。在一些示例性实施例中，该匹配对于保险杠和其他附近物体的距离处的雷达返回最优化。平衡调整导致接收信号中一者或两者的复数相位和幅值变化。使用来自保险杠附近区域的雷达信号通过最优化(例如，最小化)过程来确定调整量。

在各个实施例中，可以采用各种类型的最优化(例如，最小化)技术。例如，可以利用功能适应法或各种最速下降方法中的一种或更多种来执行最优化(例如，最小化)。根据各个示例性实施例，平衡调整被重新计算并储存为恒定值。根据其他各个实施例，平衡调整以各种更新率来重新计算。

图9包括根据一些示例性实施例的曲线图，其示出随接收门延迟时间变化的示例性的I和Q雷达信号对。参照图9，根据横轴上的接收器门延迟来显示信号，其中，接收器门延迟与通过考虑电磁辐射在雷达与物体之间的双程传播的时间的物体距离有关。该信号仅表示来自雷达频率f₁的数据。f₂雷达数据是类似的，但未在图9中显示。曲线的左侧表示接收信号的早期开口，并且在任意雷达返回之前保持和显示该信号。在任意雷达返回之前该信号值取决于硬件的特征。作为至图9中最左侧竖直虚线的左侧信号部分的该信号区域被限定为真实零区域。计算真实零值作为真实零区域内信号的平均数。独立于雷达信号I和Q中的每一个、针对两个频率f₁和f₂中的每一个来计算真实零值。

参照图7，根据示例性实施例，如步骤S513A处所示出的，通过从数据中减去真实零值来修整该数据。每个真实零值被从所采样的整个信号中减去。I和Q信号分别进行修整。图9示出进行这种修整之前的I和Q信号，其具有分别位于40和-30处的真实零值。减去真实零值可以被理解为清除雷达硬件的特定特征所引入的不期望偏置。

图9示出由接收采样和保持的时序所确定的、随接收器门延迟变化的信号。参照图9，根据示例性实施例，平衡区域被表示为两个垂直虚线之间的信号区域。平衡区域对应于来自近距处物体(包括保险杠面板)的雷达反射能量的接收。图9中示出的信号功能可以描述为接收门脉冲与来自较长发射脉冲的反射雷达信号的整合。各个示例性实施例可以将平衡区域分配到信号上的不同位置。平衡区域的重要特征是，其对应于我们期望大大减弱或消除物体检测所在的雷达距离。

图7的步骤S513B准备平衡假设集的初始版本。平衡假设集为M个假设的集合，其中，第m个假设包括建议的平衡幅值A_m和建议的平衡相位在一个示例性实施例中，平衡假设集的初始版被定义为M＝9的集合，其由以下描述：

其中j∈{-1，0，+1}

并且j∈{-1，0，+1}。

在一个示例性实施例中，幅值A的初始值为1.0，相位的初始值为0.0度，幅值阶跃ΔA的值为0.1，并且相位阶跃的值为10度。其他实施例可以以不同的方法确定假设集。

图8包括根据一些示例性实施例的、在平衡幅值和平衡相位的二维空间中的九个平衡假设配置的示意图。图8使用小圆以示出九个假设在平衡幅值和平衡相位的二维空间中的位置。

图7的步骤S513C计算F1平衡值和F2平衡值。根据一个示例性实施例，每个平衡值的计算是来自平衡区域的采样收集的简单平均。各个实施例可以设置来自对雷达信号的单一采样的平衡值或来自平衡区域的若干信号值的组合。本领域技术人员将会领会，I和Q雷达信号的平衡值可以作为复数值进行共同地处理。针对分别以雷达频率f₁和f₂收集的两个雷达信号F1和F2获得两个复数平衡值。

步骤S513D增加假设循环计数，其由m表示。

步骤S513E使用步骤S513C中确定的F2平衡值和第m个平衡假设来计算假设的F2平衡值。

在以上方程式中，F2'_I表示假设的F2平衡值的实部，而F2'_Q表示假设的F2平衡值的虚部。

步骤S513F计算步骤S513C中确定的F1平衡值与步骤S513E中确定的假设的F2平衡值之间的复数差。

步骤S513G为步骤S513F中计算的差值的幂(power)计算。根据假设循环计数m的索引，将幂值储存。幂被定义为复数差值的同相和正交分量的平方的总和。

步骤S513H在已经考虑所有M个平衡假设之后终止对平衡假设的循环。

步骤S513I从先前步骤S513G的M次循环期间计算的M个差值的集合中选择具有最小幂的假设。具有最小幂的平衡假设被储存为最佳平衡假设。

步骤S513J测试停止标准以确定是否已经对平衡假设集进行了足够数量的调整。在一个示例性实施例中，通过对拾取最佳平衡假设的循环执行12次迭代来满足停止标准。如果不满足停止标准，步骤S513J将程序经由步骤S513K送回到步骤S513D以对平衡假设集的更新进行下一次迭代。

步骤S513K为准备下一次处理循环而更新平衡假设集。在一个示例性实施例中，步骤S513I中识别的最佳假设用来更新平衡假设集。在一个示例性实施例中，步骤S513K调整幅值阶跃ΔA的值和相位阶跃的值，以便采样幅值和相位的二维空间中的不同点。在一个示例性实施例中，步骤S513K确定更新的平衡假设集如下：

其中i∈{-1，0，+1}

并且j∈{-1，0，+1}.。

在一个示例性实施例中，用来更新平衡假设集的平衡幅值A被计算为分数β和来自最佳平衡假设的平衡幅值A_min的乘积与分数(1-β)和之前用来计算平衡假设集的平衡幅值的乘积之和。在示例性实施例中，用来更新平衡假设集的平衡相位被计算为分数β和来自最佳平衡假设集的平衡相位的乘积与分数(1-β)和之前用来计算平衡假设集的平衡相位的乘积之和。β为控制最佳平衡假设对下一平衡假设集的影响的值。使用数值β<1.0帮助保护算法免受测量噪声引起的不稳定性的影响。在一个示例性实施例中，β具有等于0.4的恒定值。

在一个示例性实施例中，步骤5313K还更新确定下一平衡假设集的幅值阶跃ΔA和相位阶跃在一个示例性实施例中，每次迭代使用从之前迭代的幅值阶跃中得到的幅值阶跃ΔA。如果之前迭代选择i＝0的最佳假设，则新的幅值阶跃ΔA减小0.7倍以改善平衡。如果之前迭代使用变化的平衡幅值A选择最佳假设，也就是说，指数i的值为+1或-1，那么新的幅值步骤ΔA增加1.4倍。以与幅值阶跃调整相同的程序来调整从一次迭代到下一次迭代的相位阶跃其中幅值假设指数i由相位假设指数来替换。本过程的目的在于控制平衡值的搜索以帮助朝向最优值收敛。

步骤S513L将从最近计算的最佳平衡假设获得的最终平衡幅值和平衡相位应用到整个信号F2，以创建平衡信号F2'。

步骤S513M表示平衡程序的完成。平衡信号F2'用作步骤S314中的第二接收信号。

步骤S513B至S513L中示出的示例性实施例的迭代假设平衡过程通过搜索信号F2的幅值和相位的空间来对FSK差值进行最优化(例如，最小化)。其他最优化技术对于本领域普通技术人员将是显而易见的，并且这些技术还提供平衡FSK差值。这种技术包括但不限于最速下降法以及随平衡幅值和相位变化的FSK差值进行参数化建模。

如图6中所示，步骤S314，根据示例性实施例确定的平衡用来准备FSK差值数据。也就是说，使用与步骤S513F中相同的变换从信号F1中减去平衡信号F2'，从而提供对来自保险杠面板的不期望的雷达信号的最优抵消。在一些示例性实施例中，平衡调整在每次执行图6的方法时被重新计算，以响应于与环境效应有关的变化，比如坠落或保险杠几何形状的变化，例如机械变形。

图10包括根据一些示例性实施例的示意图，其示出FSK差值的随对于示例性数据集的平衡假设的二维空间中的平衡值变化的残余功率。轮廓表示(0.98,6.2°)附近的最小功率值。本文所描述的示例性实施例迭代地接近示例性数据集的该最小值。

根据示例性实施例，本文所描述的平衡FSK对环境中的变化敏感。例如，测试已经显示出本文所详细描述的FSK平衡受到单个水滴的影响。图11A和11B包括示出使用图7所描述的示例性实施例确定的计算平衡幅值和计算平衡相位随时间的变化的时序图，其示出水在位于距传感器2cm处滴落的影响。

图11A示出计算平衡幅值随时间变化的曲线图。该图具有来源于汽车传感器中四个独立发射/接收天线对的四个平衡幅值函数。将会理解的是，本公开适用于任何数量的天线对，并且四个天线对的选择仅是示例性的。平衡将会独立地影响四个发射/接收天线对中的每一个。图中的平衡幅值数值全部接近于一并且在0.993与1.001之间的范围中，这意味着在代表性平衡区域(比如图9所图示的)内的F1和F2雷达信号具有近似相同的幅值。该图示出在200秒的周期期间所收集的平衡幅值数值。平衡幅值数值随时间的变化表示频繁地平衡的有用性。在一些示例性实施例中，每秒进行多次平衡以补偿这些变化。图11A和11B表示水从距雷达传感器2cm处滴落和随后该水滴的清除而增加的时间。图11A示出与水滴的存在相互关联的一些平衡幅值中清楚的变化。对于平衡幅值的这种影响表示FSK平衡算法将调整到传感器附近的物理环境中的变化，以便在平衡区域内的F1与F2信号之间实现更好的抵消。

类似地，图11B示出平衡相位值随时间变化的曲线图。与图11A一样，示出了四个独立的发射/接收天线对的曲线。如图11A中，可以看到由于加入水滴而导致的变化。

图12包括根据一些示例性实施例的、包含示出在雷达扫描中测量的计算平衡相位随时间变化的曲线图的示意图，其示出水飞溅在附近保险杠面板上对平衡相位的影响。具体而言，图12示出使F2雷达信号与F1雷达信号平衡后的平衡相位的曲线图。该图示出随时间变化的相位，其中，时间是在以12.5Hz的速率发生的雷达扫描中测量的。该图具有来源于汽车传感器中的四个独立发射/接收天线对的四个相位函数。仅为说明的目的而选择四个发射接收天线对。本公开适用于任意数量的天线对。平衡独立地应用于发射/接收天线对中的每一个。图12示出一些平衡相位函数中源于水飞溅的清楚的变化。这示出FSK平衡相位将调整到传感器附近物理环境中的变化，以便在平衡区域内的F1与F2信号之间实现更好的抵消。

根据示例性实施例，本文中详细描述的平衡调整可以应用于分别两个雷达频率f₁和f₂的两个信号F1和F2中的一者或两者。此外，根据示例性实施例，本文所描述的技术可以应用于来自一个雷达传感器装置的多个雷达信号，例如，来自相同的传感器中的不同雷达天线的信号。另外，根据替代的示例性实施例，平衡调整可以预先计算并且作为常量储存，或者其可以对每次雷达扫描如本文中详细描述的重新计算，或者其可以以任意减小的速率重新计算。另外，可以使用迭代多假设过程的方法，或者使用拟合函数的最小值或借助最速下降法来执行最优解的确定。

鉴于在阅读前述说明书后，本公开的许多替换和修改无疑将对本领域普通技术人员变得显而易见，应当理解，以图示说明方式示出和描述的具体实施例绝非想要被认为是限制性的。此外，已经参照具体实施例描述了主题，但本领域技术人员将会想到本公开的精神和范围内的变化。注意，仅为解释说明的目的而提供了前述示例，其绝不应当被解释为对本公开的限制。

尽管已经参照其示例性实施例具体示出和描述了本发明构思，但本领域普通技术人员将会理解，在不脱离以下权利要求书所限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims

1.一种雷达系统，包括：

雷达信号发射器，其用于将发射雷达信号发射到区域中，第一发射雷达信号具有第一频率，以及第二发射雷达信号具有不同于所述第一频率的第二频率；

接收器，其用于接收由所述发射雷达信号的反射生成的反射雷达信号以及用于生成表示所述反射雷达信号的接收信号，第一接收信号表示由所述第一发射雷达信号的反射生成的第一反射雷达信号，以及第二接收信号表示由所述第二发射雷达信号的反射生成的第二反射雷达信号；和

处理器，其接收所述第一接收信号和所述第二接收信号并且计算所述第一接收信号和所述第二接收信号之间的差值以生成差值信号，所述处理器处理所述差值信号以提供针对所述区域的雷达信息，所述处理器调整所述第一接收信号和所述第二接收信号中至少一者的幅值和相位中的至少一个，使得所述差值在距所述接收器的预选距离处最优化。

2.如权利要求1所述的雷达系统，其中，所述处理器使用最小化方法来调整所述第一接收信号和所述第二接收信号中至少一者的幅值和相位中的至少一个。

3.如权利要求2所述的雷达系统，其中，所述最小化方法为迭代最小化方法。

4.如权利要求2所述的雷达系统，其中，所述最小化方法包括功能适应法。

5.如权利要求2所述的雷达系统，其中，所述最小化方法包括最速下降法。

6.如权利要求2所述的雷达系统，其中，所述最小化方法包括多假设法。

7.如权利要求1所述的雷达系统，其中，所述第一频率和所述第二频率之间的差值被选择为使得与所述雷达系统附近的所述区域中的物体有关的信息在所述差值信号中被减弱。

8.如权利要求1所述的雷达系统，其中，所述第一频率和所述第二频率之间的差值被选择为使得，所述第一反射雷达信号和所述第二反射雷达信号之间的相位差使得与所述雷达系统附近的所述区域中的物体有关的信息在所述差值信号中被减弱。

9.如权利要求1所述的雷达系统，其中，所述第一频率为大约24.2GHz。

10.如权利要求1所述的雷达系统，其中，所述第一频率与所述第二频率之间的差值为大约11MHz。

11.如权利要求1所述的雷达系统，其中，所述发射雷达信号为脉冲雷达信号。

12.如权利要求11所述的雷达系统，其中，所述脉冲雷达信号的脉冲具有大约120纳秒的持续时间。

13.如权利要求1所述的雷达系统，其中，所述雷达系统为汽车雷达系统。

14.如权利要求13所述的雷达系统，其中，所述第一频率与所述第二频率之间的差值被选择为使得与所述雷达系统附近的所述区域中的物体有关的信息在所述差值信号中被减弱。

15.如权利要求14所述的雷达系统，其中，所述雷达系统附近的所述区域中的所述物体包括汽车的保险杠面板，所述雷达系统设置在所述保险杠面板中。

16.如权利要求13所述的雷达系统，其中，所述第一频率与所述第二频率之间的差值被选择为使得，所述第一反射雷达信号与所述第二反射雷达信号之间的相位差使得与所述雷达系统附近的所述区域中的物体有关的信息在所述差值信号中被减弱。