CN109073741B - 用于车辆的雷达感测系统及缓解其干扰的方法 - Google Patents

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Abstract

用于车辆的雷达感测系统包括发射机、接收机和处理器。发射机被配置为以选定的载波频率发送无线电信号。接收机被配置为接收无线电信号，该无线电信号包括反射的无线电信号，反射的无线电信号是从物体反射的发送的无线电信号。接收机还接收由另一雷达感测系统的发射机发送的干扰无线电信号。处理器被配置为控制发射机在选定的载波频率上发送无线电信号。处理器还被配置用于以下中的至少一个：(i)选择具有降低的干扰的载波频率，以及(ii)缓解来自另一雷达感测系统的干扰。

Description

用于车辆的雷达感测系统及缓解其干扰的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2016年8月15日提交的第62/375,065号、2016年4 月25日提交的第62/327,006号、2016年4月25日提交的第62/327,005号以及2016年4月25日提交的第62/327,004号美国临时申请的提交权益，这些申请的全部内容由此通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及雷达系统，并且更具体地涉及用于车辆的雷达系统。
背景技术
使用雷达来确定环境中物体的范围和速度在包括汽车雷达和姿势检测在内的许多应用中是重要的。雷达系统典型地发送信号并监听来自环境中的物体的信号反射。通过将发送信号与接收信号进行比较，雷达系统可以确定到物体的距离。使用多次传输，可以确定物体的速度。使用多个发射机和接收机，还可以确定物体的位置(角度)。
雷达系统中使用若干类型的信号。一种类型的雷达信号被称为频率调制连续波形(FMCW)。在这种类型的系统中，雷达系统的发射机发送其中信号频率变化的连续信号。这有时被称为啁啾(chirp)雷达系统。将来自目标的反射波与发送信号的复制物混合(相乘)产生CW信号，该CW信号具有表示雷达发射机/接收机与目标之间的距离的频率。通过在频率中向上扫描并且然后在频率中向下扫描，还可以确定多普勒频率。
另一种类型的雷达信号被称为相位调制连续波形(PMCW)。对于这种类型的信号，发送信号的相位根据雷达接收机处已知的特定模式或码(有时称为扩频码)而改变。通过将基带信号(例如，具有两个值+1和-1)与本地振荡器混合来对发送信号进行相位调制，以生成具有对应于基带信号而变化的相位的发送信号(例如，+1对应于0弧度的相位，并且-1对应于π弧度的相位)。对于单个发射机，要求形成具有良好自相关属性的码或扩频码的相位值序列，从而最小化幻像目标。对相位进行调制的速率确定发送信号的带宽，并且被称为码片速率。
在PMCW雷达系统中，接收机执行接收信号与发送信号的时间延迟版本的相关，并且寻找相关中的峰值。产生相关中的峰值的发送信号的时间延迟对应于发送信号在反射离开物体时的延迟。根据该延迟和光速可以发现到物体的距离。
第一雷达系统接收机可以从第二雷达系统发射机接收信号，该信号可能被雷达系统接收机错误地解释为来自物体的反射信号。相位调制连续波 (PMCW)雷达中的这种干扰被称为PMCW-PMCW干扰。
发明内容
本发明的实施例提供了用于第一雷达系统使用PMCW调制来检测来自第二雷达系统的干扰的方法和系统。本发明的实施例还提供了缓解来自第二雷达系统的对第一雷达系统的干扰的方法和系统。以多种方式检测 PMCW-PMCW干扰。一种示例性方法包括测量接收机处的本底噪声，并且确定本底噪声何时增加到超过先前的测量。在本发明的另一方面，通过关闭第一雷达的发射机，并且该第一雷达使接收信号与已经被发送的信号相关，可以发现第二干扰PMCW雷达。如果第一雷达系统的接收机中的相关峰值从一个相关到第二相关是一致的，则将检测到第二雷达系统进行发送。第三种方法包括第一雷达系统的接收机使接收信号与第一雷达系统的发射机未使用的码相关并且与第一雷达的发射机处使用的码正交。第四种方法包括改变发射机的频率并且测量多个频率处的干扰。
可以以多种方式缓解PMCW-PMCW干扰。一种示例性方法包括在发送信号的相位调制中使用Hadamard码。根据本发明的另一方面，在可操作以用于测量干扰水平的雷达系统中，选择具有最小干扰的频率。根据本发明的另一方面，当用户PMCW雷达和干扰PMCW雷达同步并且使用 Hadamard码进行相位调制时，将使用正交的调制码集合，使得每个雷达使用可用码的子集并且没有任何公共的码。根据本发明的另一方面，当雷达系统能够以多个载波频率发送无线电信号时，将选择不包含与其他载波频率一样多的干扰的载波频率。
根据本发明，一种用于车辆的雷达感测系统包括至少一个发射机、至少一个接收机和处理器。至少一个发射机被配置用于在车辆上安装和使用，并且可操作以用于发送无线电信号。至少一个接收机被配置用于在车辆上安装和使用，并且可操作以用于接收无线电信号，该无线电信号包括反射的无线电信号，反射的无线电信号是从物体反射的发送的无线电信号。至少一个接收机还可操作以用于接收由另一雷达感测系统的发射机发送的干扰无线电信号，使得在不进行检测和缓解的情况下，干扰无线电信号被接收机错误地解释为一个或多个物体。处理器能够通过执行以下中的至少一个来检测干扰：(i)测量噪声水平的序列，并且确定噪声水平何时增加，(ii) 关闭发射机，并且将相关值从一个相关到下一相关进行比较，(iii)与发射机未使用的码进行相关，(iv)频率跳变以及测量各种频率处的干扰。处理器还能够通过执行以下中的至少一个来缓解干扰无线电信号：(i)利用Hadamard码来调制发送信号，(ii)将载波频率切换到干扰无线电信号的频带之外的载波频率，以及(iii)改变扩频码以将来自第二雷达(幻像目标) 的干扰与真实目标区分开。
根据本发明，一种用于在包括发射机和接收机的雷达感测系统中缓解干扰的方法。该方法包括利用发射机发送无线电信号。该方法还包括利用接收机接收无线电信号。接收到的无线电信号包括从物体反射的发送的无线电信号。接收机还接收由另一雷达感测系统的发射机发送的干扰无线电信号。干扰无线电信号干扰反射的无线电信号。该方法还包括使得发射机选择性地发送无线电信号，并且基于利用不同扩频码测量干扰水平来选择降低干扰的扩频码。
通过结合附图阅览以下说明书，本发明的这些和其他目标、优点、目的和特征将变得显而易见。
附图说明
图1是配备有根据本发明的雷达系统的汽车的平面图；
图2A和图2B是根据本发明的雷达系统的框图；
图3是示出通过图2的雷达系统的雷达接收机的信息流的框图；
图4是示出根据本发明的具有多个接收机和多个发射机的雷达系统的框图；
图5-7示出了数字雷达如何工作的方面；以及
图8示出了多发射机和多接收机雷达系统的能力。
具体实施方式
现在将参考附图来描述本发明，其中以下书面描述中的编号的元素对应于图中相同编号的元素。本发明的方法和系统可以检测并缓解由来自另一雷达系统的发送的无线电信号引起的干扰。根据本发明的方面，可以通过一种或多种包括被动步骤和主动步骤的方法来检测另一PMCW雷达的干扰。通过一种或多种包括被动步骤和主动步骤的方法，干扰被缓解，这些步骤可以在检测到存在干扰PMCW雷达之后进行。
雷达系统利用一个或多个发射机来发送信号。这些信号从环境中的物体(也称为目标)反射，并由雷达系统的一个或多个接收机接收。发射机- 接收机对被称为虚拟雷达(或有时称为虚拟接收机)。
来自每个雷达发射机的发送的无线电信号由基带发送信号构成，基带发送信号由RF上变频器然后由天线上变频为RF信号。可以通过以载波频率将基带发送信号与本地振荡器信号混合来获得经上变频的RF信号。用于由雷达系统的一个发射机进行传输的基带发送信号可以例如由针对一个发射机的随机或伪随机二进制值的重复序列构成，例如，(-1，-1，-1，-1，1， 1，1，-1，1，1，-1，-1，1，-1，1)，但是可以使用任何序列，包括非二进制序列和非周期序列，并且可以针对不同发射机使用不同的序列。序列的每个值通常被称为码片。码片将持续特定持续时间，称为码片时间。码片时间的倒数是码片速率。也就是说，码片速率是每秒的码片数。在本发明的示例性方面，随机二进制值的序列可以由真随机数生成器提供。来自真随机数生成器的随机比特流(具有值+1或-1)可以与来自伪随机数生成器 (PRNG)的伪随机二进制值的输出相乘。将来自伪随机数生成器和真随机数生成器的二进制值(具有值+1或-1)相乘可以提供高效率、高速率输出随机化的比特值串行流，即使在真随机数生成器的ADC的输入处的噪声可能已被着色时(这可能会降低ADC可以生成随机数的速率)。等效地，如果二进制值的表示是0和1，则乘法可以用异或(XOR)运算代替。
发送的无线电信号从环境中的物体反射并在雷达接收机(或虚拟接收机)处被接收回来。环境中的每个物体可以反射发送的无线电信号。雷达系统处的接收信号由从环境中的各种物体(目标)反射的无线电信号的总和构成。另外，在第一雷达系统附近操作的第二雷达系统生成发送信号，该发送信号将由第一雷达系统接收并且干扰反射的来自第一雷达系统的信号。
在接收机(接收管线)处，通过典型的放大、滤波以及与振荡器的同相分量和正交相位分量的混合来对接收信号进行下变频。下变频和采样之后的输出是复数值数字化样本的序列，包括提供给处理器的数学实部和数学虚部。在发射机处使用的基带信号和在接收机中下变频后的反射的无线电信号被提供给相关器。下变频器的输出处的复数值数字化样本与用于不同接收机的基带发送信号的各种时间延迟复制物相关，以在特定持续时间内产生复数相关值。也就是说，对应于接收信号的特定持续时间的数字化样本的序列与基带发送信号的时间延迟复制物相关。针对后续样本重复该过程，从而产生针对给定时间延迟的复数相关值的序列。还针对不同的发射机/接收机对(虚拟接收机)执行该过程。
特定相关器将产生大幅度复数相关器输出，该特定相关器具有在延迟方面与来自物体的反射信号的时间延迟匹配的复制物。如果反射信号具有与基带发送信号的复制物的延迟匹配的延迟，则单个相关器将产生大的相关器输出的序列。如果雷达系统的速度不同于引起反射的物体的速度，则反射信号的频率相对于发送信号将存在多普勒移位。对应于在环境中移动的物体的一个特定延迟的相关器输出的序列将具有以与多普勒移位有关的速率旋转的复数值。使用相关器输出的序列(也称为扫描)，可以估计多普勒移位，并且因此确定环境中的物体的速度。用于估计多普勒频率的相关器输出的序列越长，对多普勒频率的估计的准确度和分辨率越高，并且因此估计物体速度的准确度越高。
针对各种时间延迟和各种虚拟雷达的相关值以被称为时间片的二维阵列来布置。时间片是二维阵列，其中，一个维度对应于延迟或范围分组(range bin)，并且另一个维度对应于虚拟雷达(发射机-接收机对)。将样本放置到二维阵列的相应范围分组中(如本文所使用的，范围分组是指对应于特定时间延迟的距离范围，该特定时间延迟与雷达信号从发射机到目标/物体并返回接收机的往返时间相对应)。雷达系统的虚拟接收机定义二维时间片的一个轴，并且范围分组定义二维时间片的第二个轴。每2-30微秒生成包括复数相关值的另一新的时间片。在较长的时间间隔内，本文称为“扫描”(典型地，在1-60毫秒或更长的持续时间内)，累积多个时间片以形成三维雷达数据立方体。该三维雷达数据立方体的一个轴或维度由时间(每个相应时间片要求2-30微秒)定义，而接收机(或虚拟雷达)定义三维雷达数据立方体的第二个轴，并且范围分组及其对应的时间延迟定义三维雷达数据立方体的第三个轴。雷达数据立方体可以具有预先选择或动态定义的量的时间片。例如，雷达数据立方体可以包括100个时间片或1000个时间片的数据。类似地，雷达数据立方体可以包括不同数量的范围分组。
对应于特定范围分组(或延迟)的单个相关器输出是复数值，其对应于基带发送信号的时间延迟复制物——其中时间延迟复制物对应于每个范围分组——与接收到的经下变频的复数样本之间的乘积的总和。当特定范围分组中的特定时间延迟复制物与接收信号高度相关时，这是在从目标/物体反射之后接收到的发送信号的时间延迟(即，目标/物体的范围)的指示。多个相关器产生对应于不同范围分组或延迟的多个复数相关值。如本文所讨论的，每个时间片在对其执行多普勒处理(例如，快速傅立叶变换)的相关值的时间序列中包含一个相关值。换句话说，针对给定范围分组的复数相关值的时间序列用于确定多普勒频率，并且因此确定范围分组中的目标/物体的速度。时间序列中的相关值的数量越大，多普勒分辨率越高。匹配滤波器也可以用于产生输出的集合，其对应于针对不同延迟的相关器输出。
可能存在针对使用具有不同延迟的发送信号的复制物的不同相关器的扫描。因为存在多个发射机和多个接收机，所以可能存在这样的相关器：其处理每个接收机处与特定发射机的特定发送信号匹配的接收信号。每个发射机-接收机对被称为“虚拟雷达”(雷达系统优选地具有4个虚拟雷达，或更优选地32个虚拟雷达，并且最优选地256个或更多个虚拟雷达)。因此，雷达系统的接收管线将针对每个可能的延迟并且针对每个发射机-接收机对生成相关器输出的序列(时间片)。该数据集合被称为雷达数据立方体 (RDC)。延迟也被称为范围分组。针对相关器输出的序列中的一个点的雷达数据立方体的部分被称为时间片，并且其包含针对每个范围分组和发射机-接收机对组合的一个相关器输出。存储雷达数据立方体可能涉及大量存储器，因为雷达数据立方体的大小取决于所要求的虚拟雷达数量(例如， 4-64个或更多个虚拟雷达)，所要求的范围分组数量(例如，100-500个或更多个范围分组)，以及所要求的时间片数量(例如，200-3000个或更多个时间片)。
包含在三维雷达数据立方体中的复数值相关值可以优选地由在公共/相同半导体衬底上建立为CMOS处理器和协处理器的处理器来处理，该半导体衬底典型地是硅衬底。在一个实施例中，处理器包括固定功能和可编程 CPU和/或可编程逻辑控件(PLC)。优选地，系统将利用雷达系统架构来建立(包括例如用于雷达的模拟RF电路，用于雷达处理的(多个)处理器， (多个)存储器模块以及雷达系统的其他相关联的部件)，全部在公共/相同的半导体衬底上。该系统可以优选地还在公共/相同的半导体衬底内并入附加的处理能力(例如，对由一个或多个车辆摄像机捕获的图像数据的图像处理，例如通过利用美国专利第5,877,897号；第5,796,094号；第6,396,397 号；第6,690,268号和第5,550,677号中描述的系统的方面，这些专利的全部内容由此通过引用并入本文)。
连续波雷达系统区分多个目标的能力取决于雷达系统的范围分辨率、角度分辨率和多普勒分辨率。范围分辨率受雷达带宽(即，相位调制连续波雷达中的码片速率)的限制，而角度分辨率受天线阵列孔径的大小的限制。同时，增加多普勒分辨率仅要求更长的扫描。高多普勒分辨率是非常有价值的，因为无论两个物体或目标彼此多接近，只要这两个物体或目标具有略微不同的径向速度(其朝向或远离雷达系统的速度)，就可以通过具有足够高的多普勒分辨率的雷达系统来区分这两个物体或目标。考虑步行的成年人在步行的儿童旁边，其中成年人以1.5米每秒的速度朝向雷达系统移动，而儿童以1.2米每秒的速度朝向雷达系统移动(忽略雷达系统可以移动多快)。如果雷达系统的多普勒分辨率足够高，则雷达系统将能够区分这两个目标。然而，如果雷达系统仅能够实现达到示例性的0.5米每秒的多普勒分辨率，则雷达系统将无法区分这两个目标。优选地，多普勒分辨率是1 米每秒(m/s)，更优选地是0.1m/s，并且最优选地是小于0.05m/s。
图1示出了被配置用于车辆150的示例性雷达系统100。在本发明的一方面，车辆150可以是汽车、卡车或公共汽车等。如图1所示，雷达系统 100可以包括一个或多个发射机以及一个或多个接收机104a-104d、控制和处理模块102以及指示器106。其他配置也是可能的。图1示出了接收机/ 发射机104a-104d，其被放置用于获取和提供用于物体检测和自适应巡航控制的数据。雷达系统100(提供这种物体检测和自适应巡航控制等)可以是用于汽车150的高级驾驶员辅助系统(ADAS)的一部分。
图2A示出了具有天线202的示例性雷达系统200，天线202经由双工器204在发射机206与接收机208之间分时共享。同样如图2A所示，来自接收机208的输出由控制和处理模块210接收，控制和处理模块210处理来自接收机208的输出以产生用于显示器212的显示数据。如本文所讨论的，控制和处理模块210还可操作以用于产生被提供给其他控制单元的雷达数据输出。控制和处理模块210还可操作以用于控制发射机206。图2B 示出了替代示例性雷达系统250，其具有一对天线202a、202b，单独的天线202a用于发射机206并且另一天线202b用于接收机208。虽然脉冲雷达系统可以使用共享或单独的天线，但连续波雷达(本文讨论的)因为其连续操作而使用单独的天线(用于发送和接收)。
本发明的雷达感测系统可以利用以下中描述的雷达系统的方面：2016 年10月13日提交的第15/292,755号、2016年7月7日提交的第15/204,003 号和/或2016年7月7日提交第15/204,002号美国专利申请，和/或2016年 9月2日提交的第62/382,857号、2016年8月31日提交的第62/381,808号、 2016年4月25日提交的第62/327,003号、2016年4月25日提交的第 62/327,004号、2016年4月25日提交的第62/327,005号、2016年4月25 日提交的第62/327,006号、2016年4月25日提交的第62/327,015号、2016 年4月25日提交的第62/327,016号、2016年4月25日提交的第62/327,017 号、2016年4月25日提交的第62/327,018号和/或2016年4月7日提交的第62/319,613号美国临时申请，这些申请的全部内容由此通过引用并入本文。
对于PMCW类型的雷达，发送信号的相位根据雷达接收机处已知的特定模式或码(有时称为扩频码)而变化(参见图5-7)。相位变化地越快，发送信号的带宽越宽。这有时被称为扩频，因为信号功率分布在宽的带宽上。如图5-7所示，模式可以实现为伪随机二进制码，其中0指示没有相移，并且1指示180度(π弧度)相移。在本发明的一方面，模式可以实现为真随机串行化比特流。在本发明的一方面，可以存在不同类型的码，其中雷达系统的每个发射机使用单独的码。在其他模式中，每个发射机利用根据下面描述的Hadamard变换调制的单个码进行发送。
在接收机处，可以使用一组相关器。每个相关器具有一个输入，该输入接收来自下变频器的复数数字化样本。另一输入是发送的基带信号的不同延迟的复制物。相关器的输出用于检测环境中的物体、物体的位置和速度。可替代地，可以使用匹配滤波器，其产生所谓的脉冲压缩信号，该脉冲压缩信号的时间分辨率与发送信号的反向带宽成比例。匹配滤波器输出序列对应于该组相关器的输出。具有良好自相关值的扩频码在单个发射机、单个接收机、相位调制连续波雷达中很重要。
具有单个发射机和单个接收机的雷达可以确定到目标的距离，但是不能确定目标与雷达传感器或系统的方向或角度。为了获得角度信息，需要多个发射机或多个接收机(或两者)。发射机和接收机的数量越大，分辨率可能越高。具有多个发射机和多个接收机的系统也称为多输入多输出或 MIMO系统。在多发射机、多接收机雷达系统中，雷达系统的每个接收机的接收管线可以具有用于发射机码中的每个发射机码的匹配滤波器。匹配滤波器是实现对应于不同延迟或范围分组的相关器集合的替代方式。如本文所讨论的，虚拟雷达的量由发射机的数量和物理接收机的数量来定义(发射机的量乘以物理接收机的量等于虚拟雷达的量)。接收机也可以称为虚拟接收机。仅具有单个发射机的雷达系统将具有作为物理接收机的虚拟接收机(其仍可以称为虚拟接收机)。
雷达通过确定在雷达的接收管线处回听到发送信号的回声花费多长时间来确定物体的范围或到物体的距离。根据该测量的时间延迟并且知道电磁信号以光速行进(或超声信号以声速行进)，可以确定距离。确定时间延迟的典型方法是通过使接收信号与发送信号的多个时间延迟复制物相关 (经由使用范围分组，如本文所讨论的)。当对应于特定范围分组的特定时间延迟复制物与接收信号高度相关时(与不与接收信号高度相关的不同时间延迟复制物相比，这导致相关值的更大幅度)，这作为在从物体反射后被接收的发送信号的时间延迟(或等效范围)的指示。由于环境中可能存在多个物体，所以将存在多个时间延迟，对其而言将存在高幅度相关值。虽然接收机可以使接收信号与所有可能的延迟相关，但是通常存在接收机将与其相关的延迟的有限集合(即，范围分组)。
对应于由复制物信号生成的不同时间延迟的范围是上面提到的范围分组。这种范围也可以称为“范围门”。范围确定的准确度随着发送信号的带宽增加(随着信号的相位变化的速率)并且随着时间延迟复制物的数量增加而增加。使用匹配滤波器的接收机可以针对所有可能的时间延迟(每个范围分组)生成相关值。该匹配滤波器接收机仍将具有取决于发送信号的带宽的范围分辨率。
雷达系统可以通过测量在发送信号与接收信号之间的频移来确定物体的速度。从移动物体反射的信号将相对于发送信号具有频移。这称为多普勒效应，并且频移称为多普勒移位。关于通过道路交叉口的火车，多普勒最为明显，其中一旦火车经过道路交叉口，声音的频率就会下降。从朝向雷达传感器移动的物体反射离开的信号将具有比发送信号高的频率，并且移远的物体将具有更低的频率。如果雷达传感器也在移动，则雷达传感器与物体之间的相对速度将确定频移的量。因此，测量频移将确定环境中的物体的相对速度。用于估计发送信号的多普勒移位的、接收信号的持续时间将确定多普勒频率的准确度或分辨率。
以不同时间延迟和不同频移修改的发送信号的复制物的相关是环境中的物体的范围和速度的指示。虚拟雷达可以估计环境中的物体的范围和速度。
因为在环境中可能存在具有不同范围和不同速度的多个物体，所以可能存在具有不同延迟和不同频移的多个反射。在许多应用中，测量不同范围处的不同物体的频移以确定各个物体的速度是重要的。给定范围内的每个物体将生成应被估计的频移。
可以通过在相关或时间片的集合内查看接收管线的相关器输出的相位值序列来测量在特定范围分组处的接收信号的频移。在时间ΔT上分开的两个连续相关器输出之间的相移Δφ将对应于频移Δf，其可以被确定为Δf＝Δφ /ΔT。发送信号的持续时间越长，在特定范围分组处对物体的频移的确定就越准确。
虽然上面的描述关注单个发射机-接收机对，但是如果存在NT个发射机和NR个接收机，则将存在NT×NR个虚拟雷达，每个发射机-接收机对一个虚拟雷达。例如，具有八个发射机和八个接收机的雷达系统将具有64个对或简单地64个虚拟雷达。如图8所示，当三个发射机(Tx1，Tx2，Tx3) 被三个接收机(Rx1，Rx2，Rx3)接收时，接收机中的每个接收机接收来自所有发射机的传输。接收机中的每个接收机同时接收由所有三个传输引起的反射信号的总和。每个接收机可以尝试通过与来自发射机中的一个发射机的信号的延迟复制物相关来确定物体的范围和多普勒。然后可以将物理接收机“划分”成三个单独的虚拟接收机，每个虚拟接收机与发送信号中的一个发送信号的复制物相关。在本发明的优选雷达系统中，存在1-4 个发射机和4-8个接收机，或更优选地4-8个发射机和8-16个接收机，并且最优选地16个或更多个发射机和16-64个或更多个接收机。
收集和存储所有信息以确定与每个虚拟接收机相对应的每个物体的范围和速度要求大量的存储器资源。实现足够的多普勒分辨率所需的要求的存储器资源可能会达到数十兆字节至100兆字节或更多。例如，当扫描针对64个虚拟雷达跨100个范围分组累积样本时，针对来自64个虚拟雷达的1000个时间片的单次扫描存储复数相关值所需的存储器的量将超过25 兆字节(参见图3)。根据本发明的一方面，在每个时间片中优选地存在100 个范围分组，更优选地200个范围分组，并且最优选地500个范围分组。
图4示出了示例性相位调制连续波雷达系统400。如图4所示，雷达系统400包括多个接收机及其相应的天线406以及多个发射机及其相应的天线408。雷达系统400还包括闪速存储器412，并且可选地包括随机存取存储器410。随机存取存储器410(例如，外部DRAM)可以用于存储(多个) 雷达数据立方体，而不是使用有限的内部(片上)存储器(例如，SRAM)，并且还可以用于存储从更大数量的雷达数据立方体选择的范围分组以用于级联微多普勒处理。雷达系统还包括到汽车网络的各种互连，例如，以太网、CAN-FD和Flexray。
Hadamard码：
Hadamard码可以用作MIMO雷达中的调制码(扩频码)，以避免共置的雷达发射机之间的干扰。最短的Hadamard码是长度为2的码，通常用 H2表示。长度为2的示例性Hadamard码(H2)在下面的矩阵中示出：
码字或扩频码是矩阵中的行。在该示例中，两个码字是(1，1)和(1， -1)。在该矩阵中的两个行是正交的，就分量的乘积的总和为零的意义而言。也就是说，每行中第一个元素的乘积(上述长度为2的码的示例中的1和1) 与每行中的第二个元素(上面的1和-1)的乘积相加是1+(-1)或零。码字可以由雷达发射机重复发送。在上面的示例中，可以通过重复相同的码字来生成长序列。在这种情况下，可以称为周期是2。大小为4的Hadamard (长度或周期为4)可以根据大小为二的Hadamard如下构造。根据大小为二的Hadamard构造的长度为4的示例性Hadamard码(H4)在下面的矩阵中示出：
大小为四的Hadamard码具有四个码字，这四个码字是上述矩阵的四个行。码字在与两个元素Hadamard相同的意义上是正交的，即，元素的乘积的总和为零。因此，Hadamard矩阵的任何两个不同的码字(或行)将是正交的。可以重复该过程以生成大小为八以及所有2的幂(2、4、8、16、32……) 的Hadamard。还存在其中大小不是二的幂的Hadamard矩阵。同样根据其他Hadamard码构造的大小或长度为8的示例性Hadamard码(H8)在下面的矩阵中示出：
具有四个发射机的示例性雷达系统可以使用Hadamard矩阵的八个行 (码字)中的任何四个来发送调制信号。只要接收机使用(与发射机)相同的四个码进行相关，由第一发射机发送并从物体反射离开的信号将与由其他发射机(在相同或不同的雷达中)发送的从相同物体反射离开的任何信号正交。注意，从第一物体反射离开的、从第一发射机发送的第一信号不会与从第二物体反射离开的、从第二发射机发送的第二信号正交，即使是在相同的雷达系统中。
Hadamard码可以与其他码组合以生成用于每个雷达发射机的示例性扩频码。例如，考虑长度为7的码，即c＝[-1，-1，-1，1，1，-1，1]。根据该码和长度为四的Hadamard码，可以生成四个扩频码的集合，以用于调制四个发射机的信号。四个码字现在具有长度(周期)28，但仍然是正交的。示例性组合扩频码和Hadamard码(S1)在下面的矩阵中示出：
可以通过多次重复码c来扩展码字和Hadamard码的这种组合。例如，如果d是c的M次重复，从而d＝[c，c，c，...，c]，其中存在M个c的副本以用于生成d，则如下面的矩阵中示出的S2的码字仍然正交。
虽然Hadamard码可以用作扩频码以降低单个雷达系统的虚拟雷达之间的干扰，但其也可以用于帮助检测和缓解来自其他PMCW雷达系统的干扰。
PMCW-PMCW干扰检测：
根据本发明的一方面，示例性检测方法包括通过关闭第一PMCW雷达的发射机(或多个发射机)来确定是否存在操作和潜在地干扰第一PMCW 雷达的第二PMCW雷达，并且监测由第二PMCW雷达发送的接收信号。如果第一PMCW雷达和第二PMCW雷达使用不同的扩频码但具有相同的周期，则来自第二雷达的发送信号在由第一PMCW雷达接收时，将在第一 PMCW雷达中产生各种交叉相关。如果确定相关值即使在发射机关闭时在每个范围分组中也保持相同，则这种相关值可能是由于PMCW雷达接收到来自另一PMCW雷达的发送信号。也就是说，如果相关峰值在发射机关闭时从相关值的一个集合到下一集合在每个范围分组中保持几乎相同，则干扰的第二雷达发射机可能是原因。通过对多个相关进行积分或取平均，这些相关值将至少在一定数量的相关上相干地累积(具有相同的复数相位)。使用该操作，可以确定第二PMCW雷达的存在。
当两个雷达使用具有不同操作周期的码时或当至少一个雷达使用非周期性码(不重复的码)时，PMCW对PMCW干扰的唯一指示是升高的本底噪声。雷达可以监测本底噪声水平，以便估计干扰水平。当(多个)雷达检测到本底噪声水平上升时，雷达中的一个雷达可以切换到使用具有与另一雷达相同的周期的周期性码，或者两个雷达可以切换到使用具有已知周期的码(先验已知，例如，作为公约或标准的一部分，或通过测量另一雷达使用的周期)。当(多个)雷达切换到使用具有具有相同周期的周期性码时，将出现幻像，并且噪声水平可能下降(这取决于所使用的码)。
基于Hadamard的干扰检测：
如上面描述的Hadamard码是已知的正交码。多输入雷达可以使用 Hadamard码，以便避免相同雷达系统中的虚拟雷达之间的信号干扰。 Hadamard码矩阵的大小至少与发射机的数量一样长(例如，具有四个发射机的雷达系统将需要具有至少四行码字的Hadamard码矩阵)。然而，如果 Hadamard码矩阵比特定雷达系统中的发射机的数量长，则存在发射机不会使用的码字。这些额外的码可以用于确定噪声或干扰水平。例如，通过不仅与正在使用的Hadamard码相关，而且还与至少一个未被使用的Hadamard 码相关，可以在Hadamard码未被使用的情况下测量干扰水平。换句话说，当接收机与附加的Hadamard码(雷达系统的发射机未使用)进行相关时，显著的相关值可能是由于另一PMCW雷达正在发送。因为期望的信号与该额外的码正交，所以期望的信号不会对干扰测量有影响。以这种方式，可以单独确定干扰水平，同时仍然测量目标的范围/速度/角度。
上述干扰检测方法还可以与频率跳变组合以监听和估计根据频率的信道干扰水平。根据本发明的一方面，PMCW雷达的传输频率可以在两个或更多个频率之间移位，以便确定多个可用频率上的干扰水平。在每个传输频率处，可以使用基于Hadamard的扩频码，其包含比PMCW雷达中的发射机的数量多的码字。如上面描述的，未使用的码字可以用于测量干扰。然后可以根据频率来测量干扰水平。通过测量多个频率处的干扰，发射机可以定位具有最小的干扰量的频率。如本文所讨论的，根据传输频率来确定干扰可以用作与载波频移相结合的缓解技术的一部分，其中确定干扰水平比另一载波频率处的低。
PMCW-PMCW干扰缓解：
相位调制连续波(PMCW)雷达发送相位调制信号。如本文所讨论的，使用有时称为扩频码的码来调制发送信号的相位。同样如本文所讨论的，雷达接收机接收从物体反射的信号，并且确定与在接收机处生成的发送波形的延迟复制物的相关。用于相关的延迟取决于物体应被检测的范围。利用该方法，可以通过查找相关中的峰值来确定物体的范围。通过重复相关并且处理相关的序列，可以估计接收信号中与发送信号相比的多普勒移位，并且因此可以估计目标速度。另外，通过使用多个天线，还可以确定物体的角度。
关于PMCW雷达的共同关注点是也使用PMCW雷达的第二车辆可以发送由第一车辆的PMCW雷达接收的相位调制信号。换句话说，第一车辆的PMCW雷达接收到其自己的反射的其发送的信号以及直接从第二车辆的 PMCW雷达传播的信号。第一车辆的PMCW雷达接收来自第二车辆的 PMCW雷达的信号可能导致第一车辆中的PMCW雷达指示不存在的物体，有时称为幻像目标。如果扩频码是周期性的，则尤其如此，因为扩频码中的码片的序列以某种周期重复。本文讨论的是可以缓解这种干扰的影响的各种方法和系统。
一种缓解干扰的影响的方法是使调制带宽变窄以避免具有显著干扰的频带。当以每个雷达系统的全带宽能力操作时，一个雷达系统可能使用与另一雷达系统部分重叠的一个频带。通过使每个系统的带宽变窄，可以消除重叠并降低信号之间的干扰。一种降低带宽的方法是改变调制信号的码片速率。通过降低码片速率，降低占用的带宽，并且降低不同雷达之间的信号重叠量。
扩频码长度调整：
对于使用周期性扩频码的PMCW雷达，对于与所有范围分组相对应的相关值的每个集合，幻像目标可能出现在相同的范围分组中。也就是说，每次码重复时，重复针对范围分组(延迟)的集合的相关值。因此，使用相同操作周期的另一PMCW雷达将在码的从一个周期到下一周期的相同范围分组中显示为幻像目标(假设相对速度很小)。
例如，使用以250mph或112米/秒的相对速度(第二雷达相对于第一雷达)移动的示例性车辆，该示例性车辆使用具有500Mchps的码片速率的雷达，码片持续时间为2纳秒并且序列周期为500个码片，这对应于1 微秒的周期。在该时段内，相对距离可能仅改变112微米。由于无线电信号以光速行进，因此第一周期信号的延迟与第二周期信号的延迟之间的差将小于码片的2/10000。因此，在序列的周期之间，即使在非常快速地移动时，物体的范围分组也不会显著改变。也就是说，物体的范围要改变对应于单个码片的距离(对于示例计算，大约0.6米)，将需要序列的大约5000 个周期。
如果目标不频繁改变范围分组，则使用的一种缓解技术是改变所使用的扩频码，并且确定幻像目标是否已经移动而其他目标保持在相同范围中。如果目标已经移动，则可以确定目标不是实际目标而是由于第二发射机导致的幻像目标。如果周期性地改变码并且计算相关的平均，则幻像目标达到平均数。换句话说，当仍然检测到幻像目标时，因为幻像目标被识别，所以可以忽略这些幻像目标。这些技术可以用于降低干扰，使得PMCW -PMCW干扰降低到仅特定的多普勒值和/或特定的角度分组。
频率跳变雷达：
如上面提到的，在可以测量多个可能传输频率的干扰水平的PMCW雷达系统中，PMCW雷达系统可以选择具有检测到的干扰的最小值的传输频率。可替代地，在不知道不同载波频率处的干扰水平的情况下，PMCW雷达系统可以从一个载波频率频率跳变到另一载波频率。如果两个PMCW雷达都频率跳变，但具有不同的跳变模式，则仅当两个PMCW雷达跳变到相同的载波频率时(使得两个PMCW雷达同时以相同的载波频率进行发送)，才会发生从一个PMCW雷达到另一PMCW雷达的信号干扰。以这种方式， PMCW雷达系统可以被动地缓解PMCW-PMCW干扰，而不再必须确定干扰水平或采取措施来避免特定的干扰时机。
如果还在每个传输频率处监测干扰水平，则可以使用在不同传输频率处的不同相关值的适当加权来最小化干扰的影响。例如，可以几乎忽略具有高干扰水平的传输频率，而在对相关输出进行组合时可以给予具有低干扰量的传输频率更多的权重。在该系统中，不同PMCW雷达的用户可能不需要协调或同步。利用频率跳变，以及对与具有最小干扰的载波频率相对应的相关值比与具有更高干扰水平的载波频率相对应的相关值更重地加权，可以获得改进的性能。
针对不同用户的同步Hadamard码：
通过粗略地同步两个PMCW雷达，也可以在一定程度上缓解干扰。这种同步必须是协作的。例如，第一车辆和第二车辆可以各自具有PMCW雷达，当第一车辆接近第二车辆时，PMCW雷达能够彼此协作以缓解干扰。在这种场景中，PMCW雷达接收到的最大信号是直接从第一车辆传播到第二车辆(或反之亦然)的那些传输信号。这两个传播路径的时间延迟是相同的。如果两个PMCW雷达同步，则每个PMCW雷达可以利用不同的基于正交码的扩频码(例如，上面描述的基于Hadamard的扩频码)进行发送，但具有唯一的码集合。也就是说，每个PMCW雷达使用可用码的子集，并且两个子集不具有任何公共的码。如果第一车辆与第二车辆之间的延迟是已知的，并且PMCW雷达中的一个PMCW雷达通过该传播延迟而延迟传输，则来自一个雷达系统的干扰与另一雷达系统使用的码正交。
例如，第一雷达可以从时间0到时间T发送(由Hadamard码的码字调制的)信号。第二雷达系统从时间τ到Τ+τ接收该信号。该信号从第二车辆反射离开，并且由第一雷达系统从时间2τ到Τ+2τ接收。如果第二雷达系统从时间τ到Τ+τ发送信号，则该第二信号由第一雷达系统从时间2τ到Τ+2τ接收。也就是说，反射的来自第一雷达的信号与从第二雷达发送的信号同步地由第一雷达接收回来。因为两个发送信号都是使用正交Hadamard 码进行相位调制的并且是同步的，所以不会存在从第二雷达到第一雷达的干扰(因为这两个信号彼此正交并且同步)。然而，当第二雷达接收到来自第一雷达的与第二雷达接收回来的信号不同步的发送信号时，仍然可能存在干扰。这种布置可以很好地用于两个雷达系统中的一个而不是另一个。可选地，两个雷达系统可以交替哪个雷达以适当的延迟进行发送，以使信号在两个雷达接收机中的一个雷达接收机处正交。
如果车辆之间的传播延迟远小于所使用的基于Hadamard的信号的周期，则即使在信号之间的同步松散的情况下，其中信号偏移但其中仅可以使用少数基础序列码片(不是Hadamard序列)，在两个雷达接收机处仍然可以维持正交。在这种情况下，一种方法是在接收机处丢弃内部扩频码c 的重复中的一个。这会放弃一些信号处理增益，但降低干扰水平。
切换操作周期：
当本底噪声充分增加时(由于干扰雷达使用不同的操作周期(或非周期性))，第一车辆的第一PMCW雷达可以在已知的时间量内关闭其发射机。第二车辆的第二PMCW雷达可能注意到第一PMCW雷达已经停止发送，并且确定存在PMCW雷达信号干扰状况。可能的响应可能是第一PMCW 雷达和第二PMCW雷达然后开始轮流发送而不是基于其对彼此的独立检测而发送。可选地，示例性雷达系统可以使用随机化算法来选择要发送的时隙，尤其是在存在多个干扰源的情况下。这种过程类似于以太网CSMA-CD 所使用的过程。
当在雷达系统中本底噪声充分增加时(由于干扰源使用具有不同周期的码(或非周期性码))，两个PMCW雷达可能注意到增加的本底噪声，并且两个PMCW雷达可以切换到具有已知(相同)周期的周期性码。然后，可以使用诸如上面讨论的技术之类的附加的缓解技术。
因此，本发明的示例性方法和系统可以缓解PMCW雷达系统中的干扰，该干扰是由来自另一PMCW雷达系统的发送的无线电信号引起的。通过无论是否检测到干扰PMCW雷达系统都可以进行的被动(例如，周期性或非周期性移位的传输频率)步骤，以及在检测到存在干扰PMCW雷达之后可以进行的主动步骤(例如，同步两个PMCW雷达系统之间的传输)，可以缓解另一PMCW雷达系统的干扰。
可以在不脱离本发明的原理的情况下实现具体描述的实施例中的改变和修改，本发明旨在仅受所附权利要求的范围限制，如根据包括等同原则在内的专利法的原理所解释的。

Claims (17)

1.一种用于车辆的雷达感测系统，所述雷达感测系统包括：
至少一个发射机，其被配置用于在车辆上安装和使用，并且可操作以用于以多个载波频率中的一个载波频率发送无线电信号；
至少一个接收机，其被配置用于在所述车辆上安装和使用，并且可操作以用于接收无线电信号，其中，接收到的无线电信号包括反射的无线电信号，所述反射的无线电信号是从物体反射的发送的无线电信号；
处理器，其可操作以用于控制所述至少一个发射机选择性地在所述多个载波频率中的选定的一个载波频率上发送无线电信号，其中，所述多个载波频率中的所述选定的一个载波频率是从所述多个载波频率中的两个或更多个载波频率的子集中选择的；
其中，所述至少一个接收机还可操作以用于接收由另一雷达感测系统的发射机发送的干扰无线电信号，并且其中，所述干扰无线电信号干扰所述反射的无线电信号；
其中，所述处理器还可操作以用于以下中的至少一个：(i)选择具有降低的干扰的载波频率，以及(ii)缓解来自所述另一雷达感测系统的干扰；并且
其中，所述至少一个发射机还可操作以用于根据非周期性扩频码对所述无线电信号进行相位调制以用于传输，并且其中，所述至少一个接收机还可操作以用于测量所述接收到的无线电信号的本底噪声，其中，所述处理器还可操作以用于当所述本底噪声增加到阈值以上时将所述至少一个发射机切换到周期性扩频码，并且其中，两个雷达感测系统具有相同的周期。
2.根据权利要求1所述的雷达感测系统，其中，所述处理器还可操作以用于：测量所述多个载波频率中的所述两个或更多个载波频率的子集中的每个载波频率处的干扰水平，并且选择用于传输的载波频率，其具有比另一载波频率低的干扰水平。
3.根据权利要求1所述的雷达感测系统，其中，所述处理器还可操作以用于：至少部分地基于算法来选择用于传输的载波频率，其中，传输频率是基于干扰水平测量进行加权的。
4.根据权利要求1所述的雷达感测系统，其中，所述处理器控制所述至少一个发射机以周期性方式选择性地以所述多个载波频率中的所述两个或更多个载波频率的子集中的载波频率发送无线电信号。
5.根据权利要求1所述的雷达感测系统，其中，所述处理器控制所述至少一个发射机以非周期性方式选择性地以所述多个载波频率中的所述两个或更多个载波频率的子集中的载波频率发送无线电信号。
6.根据权利要求1所述的雷达感测系统，其中，所述处理器还可操作以用于：当来自干扰无线电信号的干扰被检测到时，控制所述至少一个发射机在一段时间内关闭。
7.根据权利要求1所述的雷达感测系统，其中，所述处理器还可操作以用于：当来自干扰无线电信号的干扰被检测到时，控制所述至少一个发射机在可变的时间量内关闭和重新开启。
8.根据权利要求7所述的雷达感测系统，其中，所述发射机关闭和开启是与所述另一雷达感测系统同步的，使得当所述另一雷达感测系统的发射机正在发送时，所述至少一个发射机不发送。
9.根据权利要求1所述的雷达感测系统，其中，所述至少一个发射机还可操作以用于：根据扩频码对所述无线电信号进行相位调制以用于传输，并且其中，所述至少一个接收机还可操作以用于使用与所述至少一个发射机使用的相同的扩频码来对所述接收到的无线电信号进行相关，并且其中，所述至少一个接收机还可操作以用于使所述接收到的无线电信号与不同于所述至少一个发射机使用的所述扩频码的扩频码相关，使得所述至少一个接收机在没有所述反射的无线电信号的情况下确定所述干扰无线电信号的相关值，并且其中，所确定的相关值由所述处理器处理以确定与所述多个载波频率中的所述两个或更多个载波频率的子集中的每个载波频率相对应的干扰水平。
10.一种用于车辆的雷达感测系统，所述雷达感测系统包括：
至少一个发射机，其被配置用于在车辆上安装和使用，并且可操作以用于针对所述至少一个发射机中的每个发射机使用不同的扩频码发送相位调制的无线电信号；
至少一个接收机，其被配置用于在所述车辆上安装和使用，并且可操作以用于接收无线电信号，其中，所述无线电信号包括从物体反射的发送的无线电信号，并且其中，所述至少一个接收机中的每个接收机使接收到的无线电信号与匹配所述至少一个发射机中的对应发射机使用的所述扩频码的扩频码相关；
其中，所述至少一个接收机还可操作以用于接收由另一雷达感测系统的发射机发送的干扰无线电信号，并且其中，所述干扰无线电信号干扰反射的无线电信号；
其中，处理器响应于两个雷达使用的扩频码具有相同的周期而调整所述至少一个发射机和所述至少一个接收机中的至少一个，以限制来自所述另一雷达感测系统的干扰；并且
其中，所述至少一个接收机还可操作以用于使所述接收到的无线电信号与不同于所述至少一个发射机使用的任何扩频码的扩频码相关，使得所述至少一个接收机在没有所述反射的无线电信号的情况下确定所述干扰无线电信号的相关值，并且其中，所述相关值由所述处理器测量以确定干扰水平。
11.根据权利要求10所述的雷达感测系统，其中，所述处理器还可操作以用于：当所述至少一个发射机与所述另一雷达感测系统之间的延迟被估计时，使所述至少一个发射机与所述另一雷达感测系统同步，并且其中，所述至少一个发射机使用属于与所述另一雷达感测系统使用的扩频码集合的扩频码子集不同的、所述扩频码集合的子集的扩频码，使得所述干扰无线电信号几乎与所述反射的无线电信号中的一个反射的无线电信号正交，以降低所述反射的无线电信号与所述干扰无线电信号之间的干扰水平。
12.根据权利要求10所述的雷达感测系统，其中，所述至少一个发射机和所述另一雷达感测系统对传输进行交替，使得当所述另一雷达感测系统不发送时，所述至少一个发射机进行发送，并且反之亦然。
13.根据权利要求10所述的雷达感测系统，其中，所述处理器还可操作以用于：当来自干扰无线电信号的干扰首次被检测到时，并且至少直到所述至少一个发射机关闭和开启的周期性与所述另一雷达感测系统同步为止，控制所述至少一个发射机在可变的时间量内周期性地关闭和重新开启，使得当所述另一雷达感测系统的发射机正在发送时，所述至少一个发射机不发送。
14.一种用于在雷达感测系统中缓解干扰的方法，所述雷达感测系统包括被配置用于在车辆上安装和使用的至少一个发射机以及被配置用于在所述车辆上安装和使用的至少一个接收机，所述方法包括：
利用所述至少一个发射机发送无线电信号；
利用所述至少一个接收机接收无线电信号，其中，接收到的无线电信号包括从物体反射的发送的无线电信号；
利用所述至少一个接收机接收由另一雷达感测系统的发射机发送的干扰无线电信号，其中，所述干扰无线电信号干扰反射的无线电信号；
使所述至少一个发射机选择性地发送无线电信号；
基于利用不同扩频码测量干扰水平来选择降低干扰的扩频码；
根据扩频码对所述无线电信号进行相位调制以用于传输；
利用所述至少一个接收机，使用与所述至少一个发射机使用的相同的扩频码，对所述接收到的无线电信号进行相关；以及
利用所述至少一个接收机，使所述接收到的无线电信号与不同于所述至少一个发射机使用的任何扩频码的扩频码相关，使得所述至少一个接收机确定所述干扰无线电信号的相关值，并且其中，所述相关值被测量以确定所述干扰水平。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，选择性地发送无线电信号包括以周期性方式和非周期性方式中的一个选择性地发送无线电信号。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括：通过在可变的时间量内周期性地关闭和重新开启所述至少一个发射机，当来自干扰无线电信号的干扰被检测到时，在一段时间内关闭所述至少一个发射机。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个发射机关闭和开启的周期性是与所述另一雷达感测系统同步的，使得当所述另一雷达感测系统的发射机正在发送时，所述至少一个发射机不发送。
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