CN109659669B - 一种雷达抗干扰天线、方法、系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达抗干扰天线、方法、系统及车辆，雷达抗干扰天线包括：发射天线和接收天线；发射天线包括第一发射天线、第二发射天线和λ/4定向耦合器，第一发射天线和第二发射天线的极化方向相互正交；λ/4定向耦合器还包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；第一输入端口和所述第二输入端口互为隔离；第一输出端口与第一发射天线连接，第二输出端口与第二发射天线连接；接收天线包括第一接收天线和第二接收天线，第一接收天线和第二接收天线的极化方向相互正交；第一发射天线和第一接收天线的极化方向相同，第二发射天线与第二接收天线的极化方向相同，解决了车辆雷达间互相干扰的问题。

Description

一种雷达抗干扰天线、方法、系统及车辆

技术领域

本发明实施例涉及汽车安全控制技术领域，尤其涉及一种雷达天线、方法、系统及车辆。

背景技术

汽车毫米波雷达是一种安全驾驶辅助传感器，目前大量应用于汽车变道辅助、盲点监测、自动巡航及自动驾驶等安全辅助系统。随着汽车保有量的逐年增长，目前安装汽车毫米波雷达的车辆也越来越多，使得在驾驶车辆时很大概率上会遇到同样安装毫米波雷达的汽车。在一些场景下，多个车辆上安装的毫米波雷达之间会互相影响，造成毫米波雷达检测性能降低甚至检测错误，给车辆安全行驶带来很大的风险。现有的毫米波雷达抗干扰方法基本上都是在雷达算法和波形设计上进行改进，从而达到抑制交叉干扰的目的，但是这些方法都只能适用于特定雷达波形，并且大部分只是降低干扰发生的概率，并不能从根本上解决所有汽车毫米波雷达的干扰场景。

发明内容

本发明提供一种雷达天线、方法、系统及车辆，以解决车辆雷达间互相干扰的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种雷达抗干扰天线，包括：

发射天线和接收天线；

所述发射天线包括第一发射天线、第二发射天线和λ/4定向耦合器，所述第一发射天线和所述第二发射天线的极化方向相互正交；所述λ/4定向耦合器还包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第一输入端口和所述第二输入端口互为隔离；所述第一输出端口与所述第一发射天线连接，所述第二输出端口与所述第二发射天线连接；

所述接收天线包括第一接收天线和第二接收天线，所述第一接收天线和所述第二接收天线的极化方向相互正交；

所述第一发射天线和所述第一接收天线的极化方向相同，所述第二发射天线与所述第二接收天线的极化方向相同。

可选的，所述第一发射天线的极化方向为+45°，所述第二发射天线的极化方向为-45°；

或者，所述第一发射天线的极化方向为-45°，所述第二发射天线的极化方向为+45°。

可选的，所述λ/4定向耦合器为3dB定向耦合器。

可选的，所述第一发射天线、所述第二发射天线、所述第一接收天线和所述第二接收天线均为微带天线阵列。

第二方面，本发明实施例还提供了一种雷达抗干扰方法，所述雷达抗干扰方法适用于第一方面中所述的任一雷达抗干扰天线，该雷达抗干扰方法包括：

步骤S110、向λ/4定向耦合器的第一输入端口输入第一射频信号，同时向λ/4定向耦合器的第二输入端口输入第二射频信号，所述第一射频信号的相位比所述第二射频信号的相位大90°，以使第一发射天线发射信号，第一接收天线接收第一回波信号；

步骤S120、向λ/4定向耦合器的第一输入端口输入第三射频信号，同时向λ/4定向耦合器的第二输入端口输入第四射频信号，所述第三射频信号的相位比所述第四射频信号的相位小90°以使第二发射天线发射信号，第二接收天线接收第二回波信号；

步骤S130、重复步骤S110和步骤S120，以使所述第一发射天线和所述第二发射天线交替发射信号；

步骤S140、根据所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号，确定真实信号和干扰信号。

可选的，所述根据所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号，确定真实信号和干扰信号，包括：

将所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号中频率、幅度和相位一致的信号确定为真实信号；否则，确定为干扰信号。

可选的，将所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号中频率、幅度和相位一致的信号确定为真实信号；否则，确定为干扰信号包括：

将所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号中频率差值小于第一预设值、幅度差值小于第二预设值，以及相位差值小于第三预设值的信号确认为真实信号；否则，确定为干扰信号。

第三方面，本发明实施例还提供了一种雷达抗干扰系统，所述雷达抗干扰系统包括第一方面中所述的任一雷达抗干扰天线。

第四方面，本发明实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括第三方面所述的雷达抗干扰系统。

本发明通过采用极化方向相互正交的第一发射天线和第二发射天线，以及采用极化方向相互正交的第一接收天线和第二接收天线，通过控制向λ/4定向耦合器的第一输入端口和第二输入端口输入的射频信号，使得第一发射天线和第二发射天线交替发射信号，根据第一接收天线和第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号，将干扰信号排除，以解决车辆雷达间互相干扰的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种雷达抗干扰天线的发射天线的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种雷达抗干扰天线的接收天线的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种汽车雷达互相干扰的场景的示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种汽车雷达互相干扰的场景的示意图；

图5为本发明实施例提供的雷达抗干扰方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种雷达抗干扰天线的发射天线的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种雷达抗干扰天线的接收天线的结构示意图，参考图1和图2所示，本发明实施例提供的雷达抗干扰天线包括：发射天线11和接收天线12；发射天线11包括第一发射天线111、第二发射天线112和λ/4 定向耦合器113，第一发射天线111和第二发射天线112的极化方向相互正交；λ/4定向耦合器113还包括第一输入端口1131、第二输入端口1132、第一输出端口1133和第二输出端口1134；第一输入端口1131和第二输入端口1132 互为隔离；第一输出端口1133与第一发射天线111连接，第二输出端口1134 与第二发射天线112连接；接收天线12包括第一接收天线121和第二接收天线 122，第一接收天线121和第二接收天线122的极化方向相互正交；第一发射天线111和第一接收天线121的极化方向相同，第二发射天线112与第二接收天线122的极化方向相同。

具体地，向λ/4定向耦合器113的第一输入端口1131输入第一射频信号，同时向λ/4定向耦合器113的第二输入端口1132输入第二射频信号，第一射频信号的相位比第二射频信号的相位大90°，示例性的，第一射频信号的相位为90°，第二射频信号的相位为0°，根据λ/4定向耦合器113的特性，由于第一输入端口1131和第二输入端口1132互为隔离，第一射频信号和第二射频信号会在第一输出端口1133处同向叠加，而在第二输出端口1134处反向抵消，因此，此时仅第一发射天线111发射信号；同理，向λ/4定向耦合器113的第一输入端口1131输入第三射频信号，同时向λ/4定向耦合器113的第二输入端口1132输入第四射频信号，第三射频信号的相位比第四射频信号的相位小 90°，示例性的，第三射频信号的相位为0°，第四射频信号的相位为90°，以使第二发射天线112发射信号，基于上述原理，通过控制向λ/4定向耦合器 113的第一输入端口1131和第二输入端口1132输入的射频信号，能够使得第一发射天线111和第二发射天线112交替发射信号。

由于极化隔离，天线能够接收到与自身极化方向相同的射频信号，而接收不到与自身极化方向正交的射频信号，因此，第一发射天线111发射的射频信号经由物体反射回的第一回波信号由第一接收天线121接收，第二发射天线112 发射的射频信号经由物体反射回的第二回波信号由第二接收天线122接收。

根据第一接收天线121和第二接收天线122连续接收的第一回波信号和第二回波信号，能够确定真实信号和干扰信号，通过将干扰信号排除，以解决车辆雷达间互相干扰的问题。

本发明实施例提供的雷达抗干扰天线，通过采用极化方向相互正交的第一发射天线111和第二发射天线112，以及采用极化方向相互正交的第一接收天线121和第二接收天线122，通过控制向λ/4定向耦合器113的第一输入端口 1131和第二输入端口1132输入的射频信号，使得第一发射天线111和第二发射天线112交替发射信号，根据第一接收天线121和第二接收天线122连续接收的第一回波信号和第二回波信号，将干扰信号排除，以解决车辆雷达间互相干扰的问题。

可选的，第一发射天线111的极化方向为+45°，第二发射天线112的极化方向为-45°；或者，第一发射天线111的极化方向为-45°，第二发射天线112 的极化方向为+45°。

图3为本发明实施例提供的一种汽车雷达互相干扰的场景的示意图，图4 为本发明实施例提供的另一种汽车雷达互相干扰的场景的示意图，参考图3和图4所示，汽车雷达互相干扰的场景可分为两种，第一种场景是主车雷达R11 受到对向来车的前向雷达R12的干扰或者前方同向车辆的后向雷达R13的干扰，此时主车雷达R11和产生干扰的对向来车的前向雷达R12以及前方同向车辆的后向雷达R13处于对照方向(如图3所示)；第二种场景是主车雷达R21受到同向车辆的雷达R22发射的射频信号遇到其它目标C11后反射到主车雷达R21处的干扰，此时主车雷达R21和产生干扰的同向车辆的雷达R22处于相同方向(如图4所示)。

具体的，针对第一种场景，干扰源为主车对向来车的前向雷达R12或主车前方同向车辆的后向雷达R13，假设主车雷达R11的工作模式为第一发射天线 111发射信号，第一接收天线121接收第一回波信号，当干扰源的工作模式与主车雷达R11相同时，由于主车雷达R11和干扰源处于对照方向，主车雷达R11 将接收不到干扰源发射的射频信号，此时主车雷达R11不会受到干扰；示例性的，主车雷达R11的工作模式为第一发射天线111发射信号，第一接收天线121 接收第一回波信号，当干扰源与主车雷达R11的工作模式相同时，即干扰源也为第一发射天线111发射信号，第一接收天线121接收第一回波信号，干扰源发射的射频信号的极化方向为+45°，由于主车雷达R11和干扰源处于对照方向，因此从主车雷达R11的方向来看，干扰源发射的射频信号的极化方向为-45°，与主车雷达R11的第一接收天线121的极化方向正交，因此，由于极化隔离，主车雷达R11接收不到干扰源发射的射频信号，此时主车雷达R11不会受到干扰源的干扰。

同理，当干扰源的工作模式与主车雷达R11不同时，即干扰源为第二发射天线112发射信号，第二接收天线122接收第二回波信号，由于主车雷达R11 和干扰源处于对照方向，主车雷达R11能够接收到干扰源发射的射频信号，此时主车雷达R11会受到干扰；示例性的，主车雷达R11的工作模式为第一发射天线111发射信号，第一接收天线121接收第一回波信号，当干扰源与主车雷达R11的工作模式不同时，即干扰源为第二发射天线112发射信号，第二接收天线122接收第二回波信号，干扰源发射的射频信号的极化方向为-45°，由于主车雷达R11和干扰源处于对照方向，因此从主车雷达R11的方向来看，干扰源发射的射频信号的极化方向为+45°，与主车雷达R11的第一接收天线121的极化方向相同，因此，主车雷达R11能够接收到干扰源发射的射频信号，此时主车雷达R11受到干扰源的干扰。但是，由于主车雷达R11的第一发射天线111 和第二发射天线112交替发射信号，经过第一预设时间后，主车雷达R11的工作模式变为第二发射天线112发射信号，第二接收天线122接收第二回波信号，此时主车雷达R11不会受到干扰源的干扰。

假设出现极端情况，当主车雷达R11的工作模式为第一发射天线111发射信号，第一接收天线121接收第一回波信号时，干扰源的工作模式为第二发射天线112发射信号，第二接收天线122接收第二回波信号，当主车雷达R11的切换工作模式为第二发射天线112发射信号，第二接收天线122接收第二回波信号时，干扰源同时切换工作模式为第一发射天线111发射信号，第一接收天线121接收第一回波信号，此时主车雷达R11在两种工作模式下都会接收到干扰信号，但是由于主车雷达R11和干扰源不相参，因此主车雷达R11在连续两个工作模式下接收到的干扰信号并不完全一致，而主车雷达R11在连续两个工作模式下接收到的由真实物体反射回来的真实信号是一致的，因此通过对比主车雷达R11在连续两个工作模式下接收到的第一回波信号和第二回波信号，能够确定真实信号和干扰信号，从而排除干扰信号。

针对第二种场景，干扰源为主车同向车辆的雷达R22，雷达同向情况下，由于主车雷达R11和干扰源处于相同方向，情况与第一种场景相反，主车雷达 R11的工作模式为第一发射天线111发射信号，第一接收天线121接收第一回波信号时会受到工作模式同样为第一发射天线111发射信号，第一接收天线121 接收第一回波信号的干扰源的干扰；主车雷达R11的工作模式为第二发射天线 112发射信号，第二接收天线122接收第二回波信号时，会受到工作模式同样为第二发射天线112发射信号，第二接收天线122接收第二回波信号的干扰源的干扰，但是同样可以通过对比主车雷达R11在连续两个工作模式下接收到的第一回波信号和第二回波信号，确定真实信号和干扰信号，从而排除干扰信号。

具体的，主车雷达R11的工作模式为第一发射天线111发射信号，第一接收天线121接收第一回波信号，然后主车雷达R11切换工作模式为第二发射天线112发射信号，第二接收天线122接收第二回波信号，将主车雷达R11连续接收到的第一回波信号和第二回波信号中频率、幅度和相位一致的信号确定为真实信号；否则，确定为干扰信号。示例性的，将接收到第一回波信号进行信号处理，例如将接收到的第一回波信号进行傅里叶变换，得到多个第一目标信号，多个第一目标信号中可能存在干扰信号；同样将接收到的第二回波信号进行信号处理，得到多个第二目标信号，多个第二目标信号中也可能存在干扰信号。将每个第一目标信号与第二目标信号进行匹配，将其中频率差值小于第一预设值、幅度差值小于第二预设值，以及相位差值小于第三预设值的第一目标信号和第二目标信号确认为真实信号；否则，确定为干扰信号。

其中，第一发射天线111和第二发射天线112交替发射信号为一发射周期，可选的，发射周期范围为20ms-100ms。

示例性的，第一预设值为1kHz，第二预设值为第一回波信号和第二回波信号幅度均值的一半，第三预设值为20°。

可选的，λ/4定向耦合器113为3dB定向耦合器，3dB定向耦合器具有较大的耦合度，从而具有较大的隔离度，避免第一输入端口1131和第二输入端口 1132之间受到额外的互调干扰，使得第一发射天线111和第二发射天线112交替发射信号的效果更好。

可选的，111第一发射天线、第二发射天线112、第一接收天线121和第二接收天线122均为微带天线阵列，微带天线阵列体积小、重量轻，并且容易集成。

可选的，第一射频信号和第二射频信号均为等幅信号。

可选的，第一接收天线121和第二接收天线122分别连接两个不同的雷达接收通道，便于对接收到的第一回波信号和第二回波信号进行处理。

本发明实施例提供的雷达抗干扰天线可工作在毫米波波段，适用于毫米波雷达，毫米波具有穿透雾、烟、灰尘能力强的优势，本发明实施例提供的雷达抗干扰天线也可以工作在其他波段，在此不做限定。

本发明实施例提供的雷达抗干扰天线，使发射天线11和接收天线12时刻保持相同极化方向，利用天线的极化正交特性，通过使第一发射天线111和第二发射天线112交替发射信号，抑制其它车辆雷达产生的干扰信号，具有较好的抗干扰效果，通过对比主车雷达R11在连续两个工作模式下接收到的第一回波信号和第二回波信号，确定真实信号和干扰信号，从而将干扰信号排除，以解决车辆雷达间互相干扰的问题。本发明实施例提供的雷达抗干扰天线对所有场景下各种体制的雷达均具有很好的抗干扰效果，并且不需要复杂算法和复杂电路结构，实现简单，成本低，具有很好的使用效果和广泛的应用前景。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种雷达抗干扰方法，所述雷达抗干扰方法适用于上述任一雷达抗干扰天线，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述，图5为本发明实施例提供的雷达抗干扰方法的流程示意图，如图5所示，该方法包括如下步骤：

步骤S110、向λ/4定向耦合器的第一输入端口输入第一射频信号，同时向λ/4定向耦合器的第二输入端口输入第二射频信号，所述第一射频信号的相位比所述第二射频信号的相位大90°，以使第一发射天线发射信号，第一接收天线接收第一回波信号；

步骤S120、向λ/4定向耦合器的第一输入端口输入第三射频信号，同时向λ/4定向耦合器的第二输入端口输入第四射频信号，所述第三射频信号的相位比所述第四射频信号的相位小90°以使第二发射天线发射信号，第二接收天线接收第二回波信号；

步骤S130、重复步骤S110和步骤S120，以使所述第一发射天线和所述第二发射天线交替发射信号；

步骤S140、根据所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号，确定真实信号和干扰信号。

本发明实施例提供的雷达抗干扰方法，通过使第一发射天线和第二发射天线交替发射信号，抑制干扰信号，具有较好的抗干扰效果，并根据所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号，确定真实信号和干扰信号，从而将干扰信号排除，以解决实际场景中多个车辆上的雷达互相干扰的问题。该方法适用于所有波形设计的雷达，且对所有干扰场景均具有很好的抗干扰效果。

可选的，所述第一发射天线和所述第二发射天线交替发射信号为一发射周期，所述发射周期范围为20ms-100ms。

可选的，所述根据所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号，确定真实信号和干扰信号，包括：

将所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号中频率、幅度和相位一致的信号确定为真实信号；否则，确定为干扰信号。

可选的，将所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号中频率、幅度和相位一致的信号确定为真实信号；否则，确定为干扰信号包括：

将所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号中频率差值小于第一预设值、幅度差值小于第二预设值，以及相位差值小于第三预设值的信号确认为真实信号；否则，确定为干扰信号。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种雷达抗干扰系统，所述雷达抗干扰系统包括上述任一雷达抗干扰天线，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括上述雷达抗干扰系统，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (3)

1.一种雷达抗干扰方法，所述雷达抗干扰方法适用于雷达抗干扰天线，所述雷达抗干扰天线包括：

发射天线和接收天线；

所述发射天线包括第一发射天线、第二发射天线和λ/4定向耦合器，所述第一发射天线和所述第二发射天线的极化方向相互正交；所述λ/4定向耦合器还包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第一输入端口和所述第二输入端口互为隔离；所述第一输出端口与所述第一发射天线连接，所述第二输出端口与所述第二发射天线连接；

所述接收天线包括第一接收天线和第二接收天线，所述第一接收天线和所述第二接收天线的极化方向相互正交；

所述第一发射天线和所述第一接收天线的极化方向相同，所述第二发射天线与所述第二接收天线的极化方向相同；

其特征在于，所述雷达抗干扰方法包括：

步骤S110、向λ/4定向耦合器的第一输入端口输入第一射频信号，同时向λ/4定向耦合器的第二输入端口输入第二射频信号，所述第一射频信号的相位比所述第二射频信号的相位大90°，以使第一发射天线发射信号，第一接收天线接收第一回波信号；

步骤S120、向λ/4定向耦合器的第一输入端口输入第三射频信号，同时向λ/4定向耦合器的第二输入端口输入第四射频信号，所述第三射频信号的相位比所述第四射频信号的相位小90°以使第二发射天线发射信号，第二接收天线接收第二回波信号；

步骤S130、重复步骤S110和步骤S120，以使所述第一发射天线和所述第二发射天线交替发射信号；

步骤S140、根据所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号，确定真实信号和干扰信号。

2.根据权利要求1所述的雷达抗干扰方法，其特征在于，所述根据所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号，确定真实信号和干扰信号，包括：

将所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号中频率、幅度和相位一致的信号确定为真实信号；否则，确定为干扰信号。

3.根据权利要求2所述的雷达抗干扰方法，其特征在于，将所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号中频率、幅度和相位一致的信号确定为真实信号；否则，确定为干扰信号包括：

将所述第一接收天线和所述第二接收天线连续接收的第一回波信号和第二回波信号中频率差值小于第一预设值、幅度差值小于第二预设值，以及相位差值小于第三预设值的信号确认为真实信号；否则，确定为干扰信号。

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