CN109283504B - 检测物体的方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种使用雷达系统检测物体的方法(400)。所述方法包括从天线(500)发射(401)具有第一频率和第一辐射图(301)的第一雷达波束，所述第一辐射图在零方位角处包括峰，以及检测(402)由于所述第一雷达波束的反射而产生的来自所述物体的第一信号。从所述天线(500)发射(403)具有第二频率和第二辐射图(302)的第二雷达波束，所述第二辐射图在非零方位角处包括峰。检测(404)由于所述第二雷达波束的反射而产生的来自所述物体的第二信号，并且比较(405)所述第一信号和所述第二信号以确定所述物体相对于所述零方位角的角度位置。

Description

检测物体的方法
技术领域
本公开涉及一种通过雷达检测物体的方法。
背景技术
图1中示出常规三元素天线阵的天线阵因子(AF)。阵因子示出阵的方向性。如图1中可见，阵因子包括中心峰101(即0°方位角)，其中在中心峰的两侧上具有大小相等的偏心峰102、103。由中心峰限定的角度范围(即，图1中的短划线之间)提供阵的视场104。由偏心峰限定的角度105、106的范围可被称作模糊视场，这是因为从位于这些角度区域内的对象反射的雷达信号会出现模糊性。
图2示出阵中的一个常规天线随方位角而变的辐射图。辐射图示出单个天线的方向性。如图2中可见，辐射图具有单个中心最大值，并且在非零方位角处分落。
由辐射图所示，单个天线在非零方位角处的降低的发射和检测能力可减小位于模糊视场105、106中的物体的信号的清楚性，从而在利用雷达系统检测物体时引入模糊性。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供一种使用雷达系统检测物体的方法，所述方法包括：
从天线发射具有第一频率和第一辐射图的第一雷达波束，第一辐射图在零方位角处包括峰；
检测由于第一雷达波束的反射而产生的来自物体的第一信号；
从天线发射具有第二频率和第二辐射图的第二雷达波束，第二辐射图在非零方位角处包括峰；
检测由于第二雷达波束的反射而产生的来自物体的第二信号；以及
比较第一信号和第二信号以确定物体相对于零方位角的角度位置。
零方位角可为相对于天线的方位中心，或者在天线是天线阵的部分的情况下，零方位角可为天线阵的方位中心。
在常规雷达系统中，位置相对于阵方位偏心(即，在模糊视场105、106中)的具有高RCS的物体的雷达信号可能会被误解为位于中心视场104中的低RCS物体的雷达信号。
本公开的方法通过发射具有两个不同的辐射图的两个不同的雷达波束来避免这一模糊性。通过比较从物体接收到的信号，可确定物体的角度位置，且因此可确定物体是处于中心视场还是处于模糊视场中。在所述方法中，两个波束都从同一天线发出，从而相比于使用两个不同的天线产生两个不同的波束，降低硬件成本和制造复杂性，且角度分辨率未降低。
第一波束和第二波束可各自包括一频率范围，所述频率范围包括第一和第二频率或分别以第一和第二频率为中心。
在一些实施例中，比较第一信号与第二信号可包括确定第一信号的大小(例如，振幅)大于还是小于第二信号的大小(例如，振幅)。
在一些实施例中，比较第一信号与第二信号可包括确定第一信号和第二信号中的一个与第一信号和第二信号中的另一个的比。例如，可计算第一信号的振幅与第二信号的振幅(或反过来)的比。
在一些实施例中，比较第一信号与第二信号可包括从第一信号和第二信号中的一个减去第一信号和第二信号中的另一个。例如，可从第一信号的振幅减去第二信号的振幅(或反过来)。
在一些实施例中，比较第一信号与第二信号可另外包括匹配第一信号和第二信号的比较(例如，比)与已知比较值，所述已知比较值将比较值与角度位置相联系。例如，比较第一信号与第二信号可另外包括匹配第一信号和第二信号的比较与查找表中的比较值，所述查找表将比较值与角度位置相联系。可通过比较第一辐射图和第二辐射图，例如获取第一辐射图与第二辐射图的比，确定已知比较值。查找表可存储在与雷达系统相关联的计算机存储器中。
在一些实施例中，确定物体的角度位置可包括确定物体位于其中的方位角的范围。例如，确定物体的角位置可包括确定物体是处于天线的中心视场还是处于天线的模糊视场中，其中中心视场包括零方位角，并且其中模糊视场包括第二辐射图的峰的非零方位角。
在一些实施例中，第二辐射图的峰的非零方位角可为10°或更大，或30°或更大，或在30°到60°范围内。第二辐射图在非零方位角处可包括两个或更多个峰。峰可对称地布置在方位中心(0°方位角)周围。第二辐射图在方位中心处可具有局部最小值。
在一些实施例中，天线可具有第一共振频率和第二共振频率。第一频率可大体上等于第一共振频率，和/或第二频率可大体上等于第二共振频率。
在一些实施例中，天线可包括天线阵，例如具有2个、3个、4个、或5个天线的阵。第一和第二雷达波束可为通过阵中的天线共同发出的所得波束。
在一些实施例中，第一和第二频率可大体上在毫米频带内，即30到300GHz，任选地在60GHz到90GHz、75GHz到110GHz或77到81GHz的频率范围内。此类频率范围对应于汽车雷达系统的调节频带(regulated frequency band)。
在一些实施例中，方法可另外包括将雷达系统的操作频率从第一频率切换到第二频率。操作频率可确定通过天线发出的波束的频率或中心频率。
在一些实施例中，检测第一和第二信号可包括利用天线接收第一和第二雷达波束的反射。可替换的是，可使用其它天线或天线阵检测波束的反射。
根据本公开的第二方面，提供一种雷达系统，其包括具有第一共振频率和第二共振频率的天线，其中雷达系统用于执行根据第一方面的实施例中的任一个所述的方法。
可提供一种计算机程序，其在计算机上运行时使得计算机控制雷达系统以执行根据第一方面或本文中以其它方式公开的任何方法。计算机程序可为软件实施方案，并且计算机可被视为任何适当的硬件，作为非限制性例子，包括数字信号处理器、微控制器和只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中的实施方案。软件实施方案可为汇编程序。
计算机程序可设置在非暂时性计算机可读媒体上，所述非暂时性计算机可读媒体可为物理计算机可读媒体，例如盘或存储器装置，或可实施为瞬态信号。此类瞬态信号可为网络下载，包括因特网下载。
本发明的这些和其它方面将根据下文所描述的实施例而显而易见，并且参考这些实施例阐明所述方面。
附图说明
将参考图式仅作为例子描述实施例，图式中
图1示出常规3元素天线阵的随方位角而变的天线阵因子；
图2示出常规天线的辐射图；
图3示出根据本公开发出的雷达波束的辐射图；
图4示出检测物体的方法；
图5是可用于进行本公开的方法的贴片天线的示意性平面图。
应注意，图式是出于图解说明且未按比例绘制。为图中的清楚和便利起见，这些图的各部分的相对尺寸和比例已通过在大小上放大或减小而示出。相同的附图标记一般用于指代在被修改的和不同的实施例中对应的或相似的特征。
具体实施方式
如上文相对于图1和2所描述，利用单个辐射图发出雷达波束可导致物体的角度位置的模糊性。实际上，如果发出各自具有不同辐射图的两个波束，那么可通过比较从每一波束检测到的信号来解决模糊性。
图3示出具有第一频率的第一雷达波束的辐射图301。辐射图示出发射信号TRX的强度随方位角而变的函数关系。第一波束的辐射图301类似于图2中所示的常规天线的辐射图，包括中心峰且在非零方位角处分落。
图3还示出从与第一雷达波束相同的天线发出的具有第二频率的第二雷达波束的辐射图302。相比于第一辐射图301，第二辐射图302在0°处具有局部最小值，并且在非零方位角处具有两个峰。在此情况下，峰的中心在大约±45°，大体上匹配图1中示出的(具有3λ/2间距的3元素阵)天线阵函数的峰的角度位置。使用具有如图3中所示的不同辐射图的天线的优势在于可使用两个操作频率扩展天线的视场，其中第一频率用于较小角度且第二频率用于较大角度。
如果第一和第二波束都检测到相同物体，那么不同辐射图301、302将产生针对每一波束所测量的信号的不同振幅。
例如，设想物体在相对于天线阵成42°的方位位置处，该位置在图3中标记为位置303。这一位置处于图1的模糊视场104内。当通过具有辐射图301的第一雷达波束的反射检测到物体时，接收信号的振幅将因为位置303处的发射/接收天线的辐射图101而受到抑制。雷达系统将例如无法确定信号是表示模糊视场中的高RCS物体，还是表示中心视场中具有较低RCS的物体，例如，在图3中的位置304处。
然而，第二雷达波束的不同辐射图302抑制并强调在与第一雷达波束的方位位置不同的方位位置处的物体。在42°处，物体接近第二辐射图302中的峰。因此，当利用第二雷达波束检测到物体时，它的信号不受辐射图抑制。
通过比较利用第一波束检测到的第一信号的振幅和利用第二光束检测到的第二信号的振幅，可去除物体的角度位置的模糊性。对于图3中所示的示例辐射图301、302，如果第一信号的振幅小于第二信号的振幅，那么可推断物体处于模糊视场中。另一方面，如果第一信号大于第二信号，那么可推断物体处于中心视场中。
第一和第二信号可通过获取接收到的第一信号的振幅与接收到的第二信号的振幅的比(或反过来)，并比较所述比与针对所述天线/天线阵先前确定的值来进行比较。例如，图3中的线305表示第一辐射图301与第二辐射图302(以dB为单位表示)的比。当检测到物体，并且计算出第一和第二信号振幅的比时，比值可与线305匹配以确定物体的角度位置——即，在模糊视场中还是在中心视场中。
图4示出使用此类方案并使用雷达系统检测物体的方法400。
在步骤401处，从天线发射具有第一频率和第一辐射图的第一雷达波束，第一辐射图在零方位角处包括峰。
在步骤402处，检测由于第一雷达波束的反射而产生的来自物体的第一信号。
在步骤403处，从天线发射具有第二频率和第二辐射图的第二雷达波束，第二辐射图在非零方位角处包括峰。例如，天线的操作频率(即，驱动信号的发射的中心频率)从第一频率切换到第二频率，以使得天线切换到在第二频率下进行发射。
在步骤404处，检测由于第二雷达波束的反射而产生的来自物体的第二信号。
在步骤405处，比较第一信号和第二信号以确定物体的角度位置。
应注意，可以替代次序执行步骤401到404。例如，步骤403和404(发射和接收第二光束)可在步骤401和402(发射和接收第一波束)之前执行。步骤401和403可在步骤402和404之前执行(即，第一和第二信号的发射都在它们的接收之前进行)。
天线可为天线阵，例如三元素阵，就像图1到3中的情况。
图5示出可用于发射分别具有第一频率和第二频率的第一和第二信号的示例天线500。天线500被配置成具有在操作范围内的两个共振频率。这两个共振频率可分别对应于第一和第二信号的第一和第二频率。具体来说，第一和第二频率可分别为第一和第二波束的峰频率，并且可分别等于天线500的第一共振频率和天线500的第二共振频率。
天线500在基板502上包括矩形贴片天线501，其中微带线503连接到贴片505，线503沿着中心轴线504延伸，且贴片505在轴线503的任一侧延伸。天线500与常规天线的不同之处在于在轴线504的相对侧上的矩形贴片505内提供两个狭槽506a、506b。狭槽506a、506b使得贴片505具有两个共振频率，一个共振频率由贴片的长度L限定，另一共振频率由狭槽506a、506b的大小和位置限定。优选地，贴片天线围绕轴线504对称。狭槽506a、506b可在贴片天线305的长度L的0.6和0.9之间，并且在例子中，示出各自具有0.85mm的长度。狭槽506a、506b可定位成使得每一狭槽与贴片505的边缘的距离在宽度的5％和20％之间，并且在例子中，示出为距离边缘0.2mm。狭槽506a、506b可大体上定位成与正交于中心轴线504的边缘等距，且大体上围绕轴线504对称。每一狭槽的宽度可大体上在0.05和0.3mm之间，这取决于贴片的总体尺寸和制造容差。
在这个例子中，两个共振频率为大约76GHz和81GHz。为76GHz的第一频率的辐射图大体上匹配图3中所示的图301。为81GHz的第二频率的辐射图大体上匹配图3中所示的图302。因此，天线500提供具有两个不同的共振频率和两个不同的辐射图的两个不同的波束，并因此可用于发射方法400所需的第一和第二波束。
例如天线500的天线可用于天线阵。阵可包括额外天线500。天线或天线阵可为例如汽车雷达系统的雷达系统的部分。
通过阅读本公开，技术人员将明白其它变化和修改。此类变化和修改可包括等效物和其它特征，这些特征在雷达系统，具体地说，汽车雷达系统的领域中是已知的并且可作为本文中所描述的特征的代替或补充来使用。
尽管所附权利要求书是针对特定特征组合，但应理解，本发明的公开内容的范围还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何一般化，而不管其是否涉及与当前在任何权利要求中主张的本发明相同的发明或其是否缓解与本发明所缓解的任一或全部技术问题相同的技术问题。
在单独实施例的上下文中描述的特征也可以组合地提供于单个实施例中。相反地，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中所描述的各个特征也可以单独地或以任何合适的子组合形式提供。申请人特此提醒，在审查本申请或由此衍生的任何另外的申请期间，可针对此类特征及/或此类特征的组合而制定新的权利要求。
为了完整起见，还指出，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，术语“一”并不排除多个，并且权利要求书中的附图标记不应被解释为限制权利要求书的范围。

Claims (8)

1.一种使用雷达系统检测物体的方法，所述雷达系统包括具有第一共振频率和第二共振频率的天线，其特征在于，所述方法包括：
从天线发射具有第一频率和第一辐射图的第一雷达波束，所述第一频率等于第一共振频率，所述第一辐射图在零方位角处包括峰；
检测由于所述第一雷达波束的反射而产生的来自所述物体的第一信号；
从所述天线发射具有第二频率和第二辐射图的第二雷达波束，所述第二频率等于第二共振频率，所述第二辐射图在非零方位角处包括两个峰，所述两个峰对称地布置在零方位角周围；
检测由于所述第二雷达波束的反射而产生的来自所述物体的第二信号；以及
比较所述第一信号和所述第二信号以确定所述物体相对于所述零方位角的角度位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，比较所述第一信号与所述第二信号包括确定所述第一信号和第二信号中的一个与所述第一信号和第二信号中的另一个的比。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，比较所述第一信号与所述第二信号包括从所述第一信号和第二信号中的一个减去所述第一信号和第二信号中的另一个。
4.根据在前的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，比较所述第一信号与所述第二信号进一步包括匹配所述第一信号和所述第二信号的比较与查找表中的比较值，所述查找表将比较值与角度位置相联系。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述物体的角度位置包括确定所述物体位于其中的方位角的范围。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述物体的角位置包括确定所述物体是处于所述天线的中心视场还是处于所述天线的模糊视场中，其中所述中心视场包括所述零方位角，并且其中所述模糊视场包括所述第二辐射图的所述峰的所述非零方位角。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述天线包括天线阵。
8.一种包括具有第一共振频率和第二共振频率的天线的雷达系统，其特征在于，所述雷达系统用于执行根据权利要求1到7中任一项所述的方法。
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