CN109923433B - 雷达装置、信号处理装置和信号处理方法 - Google Patents

雷达装置、信号处理装置和信号处理方法 Download PDF

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Abstract

[问题]为了提供一种TDMA FMCW MIMO雷达装置，其能够补偿移动目标的多普勒相移，并提高估计方位的精度。[解决方案]提供了一种雷达装置，该雷达装置：以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依次切换而允许所述发送天线执行发送；并且由在参考时间之前由所述接收天线接收的第一拍频信号和在所述参考时间之后接收的第二拍频信号合成在参考时间的拍频信号。

Description

雷达装置、信号处理装置和信号处理方法
技术领域
本公开涉及一种雷达装置、一种信号处理器和一种信号处理方法。
背景技术
时分多址(TDMA)调频连续波(FMCW)多输入多输出(MIMO)雷达装置在某些情况下用作安装在机动车辆中的车载雷达。
FMCW方案是一种如下所述的技术，该技术从发送天线发射频率随着时间线性增加或减少的线性调频信号(chirp signal)作为发送信号，由接收天线捕获从目标反射回来的回波信号，通过混频器以将回波信号和具有与发送信号相同频率的本地信号相乘的方式改变在从发送信号被目标反射回的时刻到返回时刻的往返时间内本地信号的频率，并且通过使用与到目标的距离成比例的频率的拍频信号的生成来执行距离测量。然后，TDMA FMCWMIMO方案是一种如下所述的技术，该技术除了通过FMCW方案测距之外，还通过从M元件发送阵列天线中依次选择一个天线来发送线性调频信号M次，同时由N元件接收阵列天线接收线性调频信号，并利用以下事实：它可以被视为由M*N个元件的虚拟阵列天线接收线性调频信号的雷达装置，从而以改进的方位分辨率执行角度测量。
在TDMA FMCW MIMO雷达装置中，已知在目标和雷达装置相对移动的情况下，由于多普勒相移，角度测量精度变差。因此，在一个示例中，非专利文献1公开了如下技术，该技术构建M*N-L个元件的虚拟阵列天线使至少L个天线元件重叠，并从重叠的天线元件接收的拍频信号的相位差中获得多普勒相移以对其进行补偿。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：C.M.Schmid、R.Feger、C.Pfeffer、A.Stelzer的“MotionCompensation and Efficient Array Design for TDMA FMCW MIMO Radar devices”，Eucap 2012
发明内容
技术问题
然而，在非专利文献1中公开的方法中，整个虚拟阵列天线的多普勒相移由少数重叠天线元件接收的拍频信号补偿，因此轻微噪声就对方位估计精度有很大影响。此外，天线元件的重叠减少了虚拟阵列天线的元件数量，从而降低了方位分辨率。
有鉴于此，本公开提供了一种新颖且改进的雷达装置、信号处理器和信号处理方法，其能够通过补偿TDMA FMCW MIMO雷达装置中的移动目标的多普勒相移来提高方位估计精度。
问题的解决方案
根据本公开，提供了一种雷达装置，包括：M(M≥2)个发送天线；N(N≥1)个接收天线；本地振荡器，被配置为振荡本地信号；发送处理单元，被配置为通过选择任意一个发送天线来发送基于本地信号的发送信号；接收处理单元，被配置为从由目标反射发送信号而获得的回波信号和本地信号输出拍频信号，回波信号由接收天线接收；以及信号处理单元，被配置为对拍频信号执行信号处理。发送处理单元通过以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依次切换而允许发送天线执行发送，并且信号处理单元由在参考时间之前由接收天线接收的第一拍频信号和在参考时间之后接收的第二拍频信号合成在参考时间的拍频信号。
此外，根据本公开，提供了一种信号处理器，包括：信号处理单元，被配置为对由回波信号和本地信号生成的拍频信号执行信号处理，回波信号是通过目标反射从M(M≥2)个发送天线发送的发送信号而产生的，发送信号是基于本地信号的。信号处理单元通过以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依次切换而使发送天线执行发送，并且由在参考时间之前由接收天线接收的第一拍频信号和在参考时间之后接收的第二拍频信号合成在参考时间的拍频信号。
此外，根据本公开，提供了一种信号处理方法，包括：通过以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依此切换而使M(M≥2)个发送天线发送基于本地信号的发送信号；以及对由回波信号和本地信号生成的拍频信号执行信号处理，回波信号是通过目标反射从发送天线发送的发送信号而获得的。执行信号处理包括从在参考时间之前由接收天线接收的第一拍频信号和在参考时间之后接收的第二拍频信号合成在参考时间的拍频信号。
发明的有益效果
根据如上所述的本公开，可以提供一种新颖和改进的雷达装置、信号处理器和信号处理方法，其能够通过补偿TDMA FMCW MIMO雷达装置中的移动目标的多普勒相移来提高方位估计精度。
注意，上述效果不一定是限制性的。具有或代替上述效果，可以实现本说明书中描述的任何一种效果或者可以从本说明书中理解的其他效果。
附图说明
图1是示出描述FMCW雷达装置的配置示例的示意图；
图2是示出描述随时间变化的由FMCW雷达装置10发送的发送信号的频率、回波信号的频率和拍频信号的频率的示例的示意图；
图3是示出描述MIMO雷达装置的阵列天线的配置示例的示意图；
图4是示出描述虚拟阵列天线的示意图；
图5是描述FMCW TDMA MIMO雷达装置的配置示例的示意图；
图6是示出描述FMCW TDMA MIMO雷达装置100的本地振荡器的线性调频与使用开关131a和131b选择发送天线140a和140b的定时(timing)之间的关系的示意图；
图7是描述目标在坐标轴上的位置的示意图；
图8是描述FMCW TDMA MIMO雷达装置100的本地振荡器的线性调频与使用开关131a和131b选择发送天线140a和140b的定时之间的关系的示意图；
图9是示出根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作示例的流程图；
图10是描述本公开的实施方式的第一实施方式的效果的示意图；
图11是描述本公开的实施方式的第一实施方式的效果的示意图；
图12A是描述以参考时间为中心前后对称的发送模式的示例的示意图；
图12B是描述以参考时间为中心前后对称的发送模式的示例的示意图；
图12C是描述以参考时间为中心前后对称的发送模式的示例的示意图；
图12D是描述以参考时间为中心前后对称的发送模式的示例的示意图；
图12E是描述以参考时间为中心前后对称的发送模式的示例的示意图；
图12F是描述以参考时间为中心前后对称的发送模式的示例的示意图；
图13是示出根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作示例的流程图；
图14是示出根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作示例的流程图；
图15是示出描述使用开关131a和131b选择发送天线140a和140b的定时之间的关系的示意图；
图16是示出描述安装有FMCW TDMA MIMO雷达装置100a至100f的车辆2的示例的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施方式。注意，在本说明书和附图中，具有基本相同功能和结构的结构元件用相同的参考标号表示，并且省略了对这些结构元件的重复解释。
此外，将按照以下顺序给出描述。
1、本公开的实施方式
1.1、概述
1.2、第一实施方式
1.3、第二实施方式
1.4、第三实施方式
1.5、第四实施方式
1.6、应用示例
2、结束语
<1、本公开的实施方式>
[1.1、概述]
首先描述本公开的实施方式的概述，然后详细描述本公开的实施方式。
如上所述，TDMA FMCW MIMO雷达装置在某些情况下用作安装在机动车辆中的车载雷达。首先描述FMCW方案。
FMCW方案是一种如下所述的技术，该技术从发送天线发射频率随着时间线性增加或减少的线性调频信号作为发送信号，由接收天线捕获从目标反射回来的回波信号，通过混频器以将回波信号和具有与发送信号相同频率的本地信号相乘的方式改变在从发送信号被目标反射回的时刻到返回时刻的往返时间内本地信号的频率，并且通过使用与到目标的距离成比例的频率的拍频信号的生成来执行距离测量。
图1是示出描述FMCW雷达装置的配置示例的示意图。如图1所示，在FMCW雷达装置10中，本地振荡器12基于从FMCW雷达信号处理器11发送的线性调频控制信号输出频率随时间线性增加或减少的本地信号。从本地振荡器12输出的本地信号在功率放大器13中放大，然后，作为发送信号从发送天线14发射。
从发送天线14发射的发送信号由目标1反射。接收天线15接收由目标1反射回来的回波信号。接收天线15接收到的回波信号与从本地振荡器12输出的本地信号在混频器16中相乘，并成为拍频信号。拍频信号被发送到FMCW雷达信号处理器11，并用于测量到目标1的距离。
图2是示出描述随时间变化的由FMCW雷达装置10传输的发送信号的频率、回波信号的频率和拍频信号的频率的示例的示意图。在图2所示的示例中，发送信号的频率随着时间从f0线性增加到f0+BW。回波信号被延迟从发送信号被目标1反射时刻到返回时刻的往返时间τ。拍频信号的频率fB与从发送信号被目标1反射时刻到返回时刻的往返时间τ成比例。因此，可以说FMCW方案是一种允许通过获得拍频信号的频率fB在测量周期T中了解到目标1的距离的技术。
然后，TDMA FMCW MIMO方案是一种技术，该技术除了FMCW方案的距离测量之外，还通过从M元件发送阵列天线中依次选择一个天线来发送线性调频信号M次，同时由N元件接收阵列天线接收线性调频信号，并利用以下事实：它可以被视为由M*N个元件的虚拟阵列天线接收线性调频信号的雷达装置，从而以改进的方位分辨率执行角度测量。
图3是示出描述MIMO雷达装置的阵列天线的配置示例的示意图。在图3所示的示例中，接收阵列天线是N个元件，元件之间的间距是d。发送阵列天线是M个元件，元件之间的间距是N*d。尽管在图3中，为了便于描述，目标位于距离Z轴角度θ的方位角上，并且显示为在阵列天线附近，但是目标实际上位于车载雷达使用的77GHz下的3.9mm波长的1000倍或更大的距离处。因此，阵列天线和目标之间的电磁波传播可以近似为平面波。
首先，当从发送天线TX1执行发送时，发送信号从波前1传播到目标，并且回波信号从目标传播到接收天线RX1、RX2和RX3。接下来，当从发送天线TX2执行发送时，发送信号从波前2传播到目标，并且回波信号从目标传播到接收天线RX1、RX2和RX3。在从发送天线TX2执行发送的情况下，到目标的传播距离缩短波前1和波前2之间的距离N*d*sin(θ)。图4是示出描述虚拟阵列天线的示意图，波前1和波前2之间的距离与图4所示的RX1和RX4的传播距离之间的差相同。换言之，在从发送天线TX2执行发送的情况下，其等同于从发送天线TX1发送并由接收天线RX4、RX5和RX6接收。因此，来自发送天线TX1和TX2的发送构成包括接收天线RX1、RX2、RX3、RX4、RX5和RX6的虚拟阵列天线。
在此处，对应于图3中M＝2和N＝3的情况的发送阵列天线和接收阵列天线的模向量由公式1和公式2表示。在这些公式中，f0是发送信号的频率，d是接收天线之间的距离，θ是目标的方位角，c0是光速。此外，公式3是对应于图4的虚拟阵列天线的模向量，并且成为发送模向量和接收模向量的Kronecker积。
[数学式1]
Figure BDA0002032468670000071
[数学式2]
Figure BDA0002032468670000072
[数学式3]
Figure BDA0002032468670000081
如上所述，MIMO雷达装置是使用发送阵列天线和接收阵列天线构建包括多个元件的虚拟阵列天线的雷达装置。特别地，FMCW TDMA MIMO雷达装置是通过时分切换多个发送天线并依次发送基于FMCW的线性调频信号来执行距离测量和角度测量的雷达装置。
图5是描述FMCW TDMA MIMO雷达装置的配置示例的示意图。图5所示的FMCW TDMAMIMO雷达装置100包括FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110、本地振荡器120、发送处理单元130、发送天线140a和140b、接收天线150a、150b和150c以及接收处理单元160。
FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110是在FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作中执行各种信号处理的装置。在一个示例中，FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110向本地振荡器120发送线性调频控制信号，并发送用于控制发送处理单元130的开关控制信号，以使其输出发送信号。此外，FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110使用从接收处理单元160输出的拍频信号测量到目标的距离。
本地振荡器120基于从FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110发送的线性调频控制信号，输出频率随时间线性增加或减少的本地信号。本地振荡器120将生成的本地信号发送到发送处理单元130和接收处理单元160。
发送处理单元130执行用于允许从本地振荡器120发送的本地信号作为发送信号从发送天线140a和140b发送的处理。发送处理单元130包括开关131a和131b以及功率放大器132a和132b。开关131a和131b是响应于来自FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110的信号而接通和断开的开关。换言之，当开关131a和131b接通时，本地信号发送到功率放大器132a和132b。功率放大器132a和132b将从本地振荡器120发送的本地信号放大预定量。
发送天线140a和140b分别在空中发射由功率放大器132a和132b放大的本地信号，作为发送信号。在图5所示的示例中，示出了两个发送天线140a和140b，并且发送处理单元130中的开关或功率放大器的数量对应于发送天线的数量。
接收天线150a、150b和150c接收由目标反射回来的回波信号。在图5所示的示例中，示出了三个接收天线150a、150b和150c。
接收处理单元160将接收天线150a、150b和150c接收的回波信号乘以从本地振荡器120输出的本地信号，以生成拍频信号。接收处理单元160包括将回波信号乘以本地信号的混频器161a、161b和161c。
图6是示出描述FMCW TDMA MIMO雷达装置100的本地振荡器的线性调频与开关131a和131b选择发送天线140a和140b的定时之间的关系的示意图。TChirp是线性调频的一个周期，TRamp是线性调频的斜坡时间，f0是线性调频起始频率，B是线性调频带宽，NChirp是表示线性调频相关性的指数。此外，TX1对应于发送天线140a，TX2对应于发送天线140b。
在目标移动的情况下，通常已知会发生多普勒相移。图7是示出描述目标在坐标轴上的位置的示意图。图7中坐标的原点对应于FMCW TDMA MIMO雷达装置100的位置。如图7所示，假设在坐标(X0，Z0)、θ的方位角和R0的距离上具有一个目标，并且该目标正在θ方向上以速度V接近FMCW TDMA MIMO雷达装置100。在这种情况下，FMCW TDMA MIMO雷达装置100的虚拟阵列天线接收的拍频信号提供给公式4。在公式4中，A是拍频信号的幅度，fR是与公式5中表示的距离R0成比例的拍频，fD是与公式6中表示的速度V成比例的多普勒频率。
[数学式4]
Figure BDA0002032468670000101
[数学式5]
Figure BDA0002032468670000102
[数学式6]
Figure BDA0002032468670000103
在公式4中包括速度V的项是表示多普勒相移的项，并且表示由目标在作为TX1(发送天线140a)的发送和TX2(发送天线140b)的发送之间的时间差的TChirp期间以速度V的运动以及传播距离的微小变化引起的相位差。
此外，尽管公式5中的fR也具有包括速度V的项，但是，即使速度V在高速下为100m/s(＝360km/h)，在TChirp大约为10μs的短时间的情况下，往返距离的变化只有2mm，这比FMCWTDMA MIMO雷达装置100的测距分辨率小得多，因此可以忽略这个项。
因此，公式4中的多普勒相移的项可以如公式7和公式8中所表示的那样通过将其转换为发送阵列天线的模向量来重写。
[数学式7]
Figure BDA0002032468670000104
[数学式8]
Figure BDA0002032468670000111
很明显，从公式7和8中，FMCW TDMA MIMO雷达装置在目标移动的情况下用与速度成比例的多普勒相移调制发送阵列天线的模矢量，因此方位角的角度测量精度下降。
因此，在一个示例中，非专利文献1公开了如下技术，该技术构建M*N-L个元件的虚拟阵列天线使至少L个天线元件重叠，并从重叠的天线元件接收的拍频信号的相位差获得多普勒相移以对其进行补偿。然而，在非专利文献1中公开的方法中，整个虚拟阵列天线的多普勒相移由少数重叠天线元件接收的拍频信号补偿，因此轻微噪声就对方位估计精度有很大影响。此外，通过重叠天线元件，虚拟阵列天线的元件数量减少，从而降低了方位分辨率。
因此，考虑到上述各点，构思本公开的发明人已经对能够容易地消除基于目标运动的影响并且不降低FMCW TDMA MIMO雷达装置中的精度的技术进行了深入研究。因此，构思本公开的发明人已经设计了能够执行重复传输的技术，使得以参考时间为中心发送阵列天线的天线元件的编号前后对称，并且在FMCW TDMA MIMO雷达装置中由在参考时间之前的拍频信号和在参考时间之后的拍频信号合成在参考时间的拍频信号，从而消除了基于目标运动的影响，如下所述。
上文描述了本公开的实施方式的概述。现在详细描述本公开的实施方式。
[1.2、第一实施方式]
首先描述本公开的第一实施方式。在描述第一实施方式时，FMCW TDMA MIMO雷达装置的配置示例使用与图5所示的配置相同的配置。
本公开的实施方式的第一实施方式旨在通过由FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110适当设置开关131a和131b的接通和断开定时来消除基于标记运动的影响。更具体地，FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110通过以参考时间为中心以传输阵列天线的天线元件的编号前后对称的方式重复传输来设置来自FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110的开关131a和131b的接通和断开定时(timing，时序)。
图8是描述FMCW TDMA MIMO雷达装置100的本地振荡器的线性调频与开关131a和131b选择发送天线140a和140b的定时之间的关系的示意图。TChirp是线性调频的一个周期，TRamp是线性调频的斜坡时间，f0是线性调频起始频率，B是线性调频带宽，NChirp是表示线性调频相关性的指数。
如图8所示，FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110控制开关131a和131b接通或断开，使得发送天线140b、140a、140a和140b按此顺序选择，并通过将某个参考时间设置为中心来执行发送。以这种方式，描述了可以通过以参考时间为中心以发送阵列天线的天线元件编号前后对称的方式重复发送来消除基于目标运动的影响。
首先，在参考时间之前由虚拟阵列天线接收的拍频信号称为第一拍频信号SB1，该拍频信号由Nchirp＝-3/2和Nchirp＝-1/2的两次发送构成。第一拍频信号SB1和第一拍频信号SB1的发送阵列天线的模向量分别提供给公式9和公式10，其中，A1表示幅度。
[数学式9]
Figure BDA0002032468670000121
[数学式10]
Figure BDA0002032468670000122
接下来，在参考时间之后由虚拟阵列天线接收的拍频信号称为第二拍频信号SB2，该拍频信号由Nchirp＝1/2和Nchirp＝3/2的两次发送构成。第二拍频信号SB2和第二拍频信号SB2的发送阵列天线的模向量分别提供给公式11和公式12，其中，A2表示幅度。
[数学式11]
Figure BDA0002032468670000131
[数学式12]
Figure BDA0002032468670000132
FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110通过使用第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2来执行在参考时间合成拍频信号的信号处理。具体地，FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110执行信号处理：由每个发送天线的第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2的幅度的平均值以及第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2之和的相位，合成在参考时间的拍频信号，如公式13所示。
[数学式13]
Figure BDA0002032468670000133
描述了通过由第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2的幅度的平均值以及第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2之和的相位合成在参考时间的拍频信号来消除目标运动的影响的原因。
公式9和公式11分别代入公式13中的SB1和SB2，并且分别被设置到公式14和公式15中。
[数学式14]
Figure BDA0002032468670000141
[数学式15]
Figure BDA0002032468670000142
在此处，公式15中包含的幅度A1和A2在短时间内不会改变，因此可以被视为相等。然后，公式10和公式12是复共轭。因此，当如公式16所示计算两个模向量的和时，消除了多普勒相位的虚部，只有实部的余弦分量保留在幅度中。
[数学式16]
Figure BDA0002032468670000143
如果公式16中的余弦分量大于零，则公式15的计算是可能的。因此，如果满足公式17中表示的速度区域，则根据本实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110能够补偿多普勒相位。
[数学式17]
Figure BDA0002032468670000144
图9是示出根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作示例的流程图。现在参考图9描述根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作示例。
首先，FMCW TDMA MIMO雷达装置100以参考时间为中心以发送天线编号前后对称的方式执行发送(步骤S101)。由发送处理单元130在从FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110接收到切换控制信号时执行该发送处理。
随后，FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过构建虚拟阵列天线从参考时间之前的发送中获得第一拍频信号SB1(步骤S102)。此外，FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过构建虚拟阵列天线从参考时间之后的发送中获得第二拍频信号SB2(步骤S103)。当然，获得第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2的顺序可以颠倒。
随后，FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过对第一拍频信号SB1的幅度和第二拍频信号SB2的幅度进行平均来获得在参考时间的拍频信号的幅度(步骤S104)。此外，FMCW TDMAMIMO雷达装置100从第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2之和的相位获得在参考时间的拍频信号的相位(步骤S105)。当然，获得在参考时间的拍频信号的幅度和相位的顺序可以颠倒。
根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100执行这样的一系列操作，使得可以通过补偿多普勒相位来消除目标运动的影响。
通过使用下表1中所示的参数描述第一实施方式的效果。图10和11是描述本公开的实施方式的第一实施方式的效果的示意图。图10示出了在未补偿多普勒相位的情况下的方位谱。图11示出了根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100补偿多普勒相位的情况下的方位谱。
[表1]
参数 值
f<sub>0</sub> 76GHz
B 1GHz
T<sub>chirp</sub> 10us
M 2
N 16
d 0.65λ
V 20m/s
X<sub>0</sub> -5m
Z<sub>0</sub> 30m
(表1：FMCW TDMA MIMO雷达装置和移动目标的参数)
发现在如图10所示未补偿多普勒相位的情况下，方位谱的波形受到干扰，而在如图11所示补偿了多普勒相位的情况下，方位谱的波形未受干扰。因此，根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100能够通过补偿多普勒相位来消除目标运动的影响。
图12A至12F是示出描述在发送阵列天线是两个元件和三个元件的情况下发送阵列天线以参考时间为中心前后对称的发送模式的示例的示意图。图12A至12D是发送阵列天线是两个元件的情况下的发送模式的示例，图12E至12F是发送阵列天线是三个元件的情况下的发送模式的示例。当然，发送模式不限于图12A至12F所示的那些模式。此外，如图12A至图12B和图12E至图12F所示，可以是在参考时间上从任何一个发送天线发送的发送模式，并且可以是在参考时间不从任何一个发送天线发送的发送模式，如图12C至12D所示。
[1.3、第二实施方式]
随后描述第二实施方式。在第一实施方式中描述的用于去除多普勒相位的信号处理中，拍频信号SB1和SB2用作时间信号。然而，可以以类似的方式在频谱中执行该信号处理。在FMCW雷达装置中，通常的做法是通过对拍频信号执行离散傅立叶变换来将拍频信号转换为频谱，因此非常优选地在频域中去除多普勒相位。
在在频域中去除多普勒相位的情况下，对经受离散傅立叶的拍频信号SB1和SB2执行信号处理，如下面公式18所示。
[数学式18]
Figure BDA0002032468670000161
图13是示出根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作示例的流程图。现在参考图13描述根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作示例。
首先，FMCW TDMA MIMO雷达装置100以参考时间为中心以发送天线编号前后对称的方式执行发送(步骤S111)。由发送处理单元130在从FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110接收到切换控制信号时执行该发送处理。
随后，FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过构建虚拟阵列天线从参考时间之前的发送中获得第一拍频信号SB1，并且通过执行离散傅立叶变换来将其进一步转换为频谱(步骤S112)。此外，FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过构建虚拟阵列天线从参考时间之后的发送中获得第二拍频信号SB2，并且通过执行离散傅立叶变换来将其进一步转换为频谱(步骤S113)。当然，获得第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2的顺序可以颠倒。
随后，FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过对第一拍频信号SB1的幅度和第二拍频信号SB2的频谱幅度进行平均来获得在参考时间的拍频信号的频谱幅度(步骤S114)。此外，FMCW TDMA MIMO雷达装置100从第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2的频谱之和的相位获得在参考时间的拍频信号的频谱的相位(步骤S115)。当然，获得在参考时间的拍频信号频谱的幅度和相位的顺序可以颠倒。
根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100执行这种一系列操作，使得可以通过补偿频域中的多普勒相位来消除目标运动的影响。
[1.4、第三实施方式]
在第一实施方式中描述的信号处理在公式16的余弦分量变为零的情况下未执行用于获得公式15的角度的操作，因此未合成在参考时间的拍频信号。因此，在第三实施方式中，通过对第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2进行平均，来获得第三拍频信号SB3，并且将第三拍频信号SB3的幅度与第一拍频信号SB1的幅度进行比较，因此在幅度比小于预定阈值(例如，1/10或更小)的情况下，不执行信号处理。
图14是示出根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作示例的流程图。现在参考图14描述根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100的操作示例。
首先，FMCW TDMA MIMO雷达装置100以参考时间为中心以发送天线编号前后对称的方式执行发送(步骤S121)。由发送处理单元130在从FMCW TDMA MIMO雷达信号处理器110接收到切换控制信号时执行该发送处理。
随后，FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过构建虚拟阵列天线从参考时间之前的发送中获得第一拍频信号SB1(步骤S122)。此外，FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过构建虚拟阵列天线从参考时间之后的发送来获得第二拍频信号SB2(步骤S123)。当然，获得第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2的顺序可以颠倒。
随后，FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过对第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2进行平均来获得第三拍频信号SB3(步骤S124)。
随后，FMCW TDMA MIMO雷达装置100确定第三拍频信号SB3的幅度是否等于或小于第一拍频信号SB1的幅度的X倍(X是预定阈值)(步骤S125)。
如果作为在步骤S125中确定的结果，第三拍频信号SB3的幅度大于第一拍频信号SB1的幅度的X倍(X是预定阈值)(步骤S125中为否)，则FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过对第一拍频信号SB1的幅度和第二拍频信号SB2的幅度进行平均来获得在参考时间的拍频信号的幅度(步骤S126)。此外，FMCW TDMA MIMO雷达装置100从第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2之和的相位获得在参考时间的拍频信号的相位(步骤S127)。当然，获得在参考时间的拍频信号的幅度和相位的顺序可以颠倒。
另一方面，如果作为在步骤S125中确定的结果，第三拍频信号SB3的幅度等于或小于第一拍频信号SB1的幅度的X倍(X是预定阈值)(步骤S125中为是)，则FMCW TDMA MIMO雷达装置100通过将第一拍频信号SB1和第二拍频信号SB2中的一个设置为参考时间的拍频信号来对其执行处理(步骤S128)。
[1.5、第四实施方式]
在第一实施方式中描述的信号处理中，在一个示例中，如图8所示，可以通过四次发送来获得在参考时间的拍频信号。另一方面，在现有技术的FMCW TDMA MIMO雷达装置中，如图6所示，可以通过两次发送来获得拍频信号。因此，与现有技术中的信号处理相比，第一实施方式中描述的信号处理需要两倍的时间。
因此，第四实施方式描述了缩短信号处理所需的时间的示例。图15是示出描述开关131a和131b选择发送天线140a和140b的定时之间的关系的示意图。如图15所示，FMCWTDMA MIMO雷达装置100从NChirp＝0、1、2和3合成在参考时间0的拍频信号，并从NChirp＝2、3、4和5合成在参考时间1的拍频信号，然后从NChirp＝4、5、6和7合成在参考时间2的拍频信号。
以这种方式合成拍频信号，使得根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100能够以与现有技术相同的时间间隔输出拍频信号。
[1.6、应用示例]
根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100能够消除基于目标运动的影响，因此适合于支持车辆安全驾驶的系统中的雷达装置，其需要高精度的距离测量。
图16是示出描述安装有FMCW TDMA MIMO雷达装置100a至100f的车辆2的示例的示意图。假设图16所示的FMCW TDMA MIMO雷达装置100a至100f是上述根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100中的任一个。FMCW TDMA MIMO雷达装置100a至100f是用于短程、中程和远程的任何雷达装置，并且用于检测车辆2周围的对象等。
以这种方式，根据本公开的实施方式的FMCW TDMA MIMO雷达装置100可用作如上所述支持车辆安全驾驶的系统中的雷达装置，因此可以有助于上述系统的更高性能。
<2、结束语>
根据如上所述的本公开的实施方式，可以提供一种FMCW TDMA MIMO雷达装置100，该FMCW TDMA MIMO雷达装置100能够以预定参考时间为中心以发送阵列天线的天线元件的编号前后对称的方式进行重复发送，并且由在参考时间之前的拍频信号和在参考时间之后的拍频信号合成在参考时间的拍频信号，由此消除基于目标运动的影响。
由本说明书中的每个设备执行的处理中的相应步骤不一定根据序列图或流程图中列出的顺序按时间顺序进行处理。在一个示例中，由每个设备执行的过程中的相应步骤可以以与流程图中列出的顺序不同的顺序进行处理，或者可以并行处理。
此外，还可以创建一种计算机程序，用于促使包含在每个设备中的硬件(例如，CPU、ROM和RAM)实现与上述每个设备的组件的功能等同的功能。此外，可以提供存储有相关计算机程序的存储介质。此外，在功能框图中所示的每个功能框可以由允许执行一系列处理操作的硬件或硬件电路来实现。
上面已经参考附图描述了本公开的优选实施方式，而本公开不限于上述示例。本领域的技术人员可以在所附权利要求的范围内找到各种变更和修改，并且应当理解，这些变更和修改自然将落入本公开的技术范围内。
此外，本说明书中描述的效果仅仅是说明性的或示例性的效果，而不是限制性的。即，具有或代替上述效果，根据本公开的技术可以实现本领域技术人员从本说明书的描述中清楚的其他效果。
此外，也可以如下配置本技术。
(1)一种雷达装置，包括：
M(M≥2)个发送天线；
N(N≥1)个接收天线；
本地振荡器，被配置为振荡本地信号；
发送处理单元，被配置为通过选择任意一个发送天线来发送基于本地信号的发送信号；
接收处理单元，被配置为从由目标反射的发送信号获得的回波信号和本地信号输出拍频信号，回波信号由接收天线接收；以及
信号处理单元，被配置为对拍频信号执行信号处理，
其中，发送处理单元通过以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依次切换而允许发送天线执行发送，并且
信号处理单元由在参考时间之前由接收天线接收的第一拍频信号和在参考时间之后接收的第二拍频信号合成在参考时间的拍频信号。
(2)根据(1)所述的雷达装置，
其中，所述信号处理单元通过对第一拍频信号的幅度和第二拍频信号的幅度进行平均来获得拍频信号在参考时间的幅度，并且通过将第一拍频信号的相位和第二拍频信号的相位相加来获得在参考时间拍频信号的相位。
(3)根据(1)所述的雷达装置，
其中，信号处理单元从通过对第一拍频信号执行离散傅立叶变换获得的第一频谱和通过对第二拍频信号执行离散傅立叶变换获得的第二频谱合成在参考时间拍频信号的频谱。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的雷达装置，
其中，如果第一拍频信号的幅度和第二拍频信号的幅度的平均值等于或小于预定值，则信号处理单元将第一拍频信号或第二拍频信号设置为在参考时间的拍频信号。
(5)根据(4)所述的雷达装置，
其中，预定值是第一拍频信号的幅度或第二拍频信号的幅度的预定比率。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的雷达装置，
其中，雷达装置安装在车辆上。
(7)一种信号处理器，包括：
信号处理单元，被配置为对由回波信号和本地信号生成的拍频信号执行信号处理，回波信号是通过目标反射从M(M≥2)个发送天线发送的发送信号而产生的，发送信号是基于本地信号的，
其中，信号处理单元通过以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依次切换而使发送天线执行发送，并且
由在参考时间之前由接收天线接收的第一拍频信号和在参考时间之后接收的第二拍频信号合成在参考时间的拍频信号。
(8)一种信号处理方法，包括：
通过以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依此切换而使M(M≥2)个发送天线发送基于本地信号的发送信号；以及
对由回波信号和本地信号生成的拍频信号执行信号处理，回波信号是通过目标反射从发送天线发送的发送信号而获得的，
其中，执行信号处理包括从在参考时间之前由接收天线接收的第一拍频信号和在参考时间之后接收的第二拍频信号合成在参考时间的拍频信号。
符号说明
100 FMCW TDMA MIMO雷达装置。

Claims (8)

1.一种雷达装置，包括：
M 个发送天线，其中M≥2；
N 个接收天线，其中N≥1；
本地振荡器，被配置为振荡本地信号；
发送处理单元，被配置为通过选择任意一个发送天线来发送基于本地信号的发送信号；
接收处理单元，被配置为从由目标反射所述发送信号而获得的回波信号和所述本地信号输出拍频信号，所述回波信号由所述接收天线接收；以及
信号处理单元，被配置为对所述拍频信号执行信号处理，
其中，所述发送处理单元通过以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依次切换而允许所述发送天线执行发送，并且
所述信号处理单元由在所述参考时间之前由所述接收天线接收的第一拍频信号和在所述参考时间之后接收的第二拍频信号合成在所述参考时间的拍频信号。
2.根据权利要求1 所述的雷达装置，
其中，所述信号处理单元通过对所述第一拍频信号的幅度和所述第二拍频信号的幅度进行平均来获得所述拍频信号在所述参考时间的幅度，并且通过将所述第一拍频信号的相位和所述第二拍频信号的相位相加来获得在所述参考时间所述拍频信号的相位。
3.根据权利要求1 所述的雷达装置，
其中，所述信号处理单元由通过对所述第一拍频信号执行离散傅里叶变换获得的第一频谱和通过对所述第二拍频信号执行所述离散傅里叶变换获得的第二频谱合成在所述参考时间所述拍频信号的频谱。
4.根据权利要求1 所述的雷达装置，
其中，如果所述第一拍频信号的幅度和所述第二拍频信号的幅度的平均值等于或小于预定值，则所述信号处理单元将所述第一拍频信号或所述第二拍频信号设置为在所述参考时间的拍频信号。
5.根据权利要求4 所述的雷达装置，
其中，所述预定值是所述第一拍频信号的幅度或所述第二拍频信号的幅度的预定比率。
6.根据权利要求1 所述的雷达装置，
其中，所述雷达装置安装在车辆上。
7.一种信号处理器，包括：
信号处理单元，被配置为对由回波信号和本地信号生成的拍频信号执行信号处理，所述回波信号是通过目标反射从M 个发送天线发送的发送信号而产生的，所述发送信号是基于本地信号的，其中M≥2，
其中，所述信号处理单元通过以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依次切换而使所述发送天线执行发送，并且
由在所述参考时间之前由接收天线接收的第一拍频信号和在所述参考时间之后接收的第二拍频信号合成在所述参考时间的拍频信号。
8.一种信号处理方法，包括：
通过以参考时间为中心以天线元件的编号前后对称的方式依此切换而使M 个发送天线发送基于本地信号的发送信号，其中M≥2；以及
对由回波信号和本地信号生成的拍频信号执行信号处理，所述回波信号是通过目标反射从所述发送天线发送的所述发送信号而获得的，
其中，执行所述信号处理包括由在所述参考时间之前由接收天线接收的第一拍频信号和在所述参考时间之后接收的第二拍频信号合成在所述参考时间的拍频信号。
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