CN110161504B - 解决多普勒频移的车辆雷达系统及其使用方法 - Google Patents

解决多普勒频移的车辆雷达系统及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110161504B
CN110161504B CN201910113301.8A CN201910113301A CN110161504B CN 110161504 B CN110161504 B CN 110161504B CN 201910113301 A CN201910113301 A CN 201910113301A CN 110161504 B CN110161504 B CN 110161504B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signals
frequency shift
hypothesis
signal
transmit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910113301.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110161504A (zh
Inventor
D·拉斐尔里
O·比尔勒
I·比利克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SILANTRIX Ltd
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
SILANTRIX Ltd
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SILANTRIX Ltd, GM Global Technology Operations LLC filed Critical SILANTRIX Ltd
Publication of CN110161504A publication Critical patent/CN110161504A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110161504B publication Critical patent/CN110161504B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/415—Identification of targets based on measurements of movement associated with the target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/26—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave
    • G01S13/28—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave with time compression of received pulses
    • G01S13/284—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave with time compression of received pulses using coded pulses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/582—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9047—Doppler beam sharpening mode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/295—Means for transforming co-ordinates or for evaluating data, e.g. using computers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

一种用于评估多普勒频移的车辆雷达系统，例如多输入多输出(MIMO)雷达系统，及其使用方法。在一个实施例中，将调制信号与正交代码序列混合，并且通过具有多个发射天线的发射天线阵列发射。信号从目标物体反射并通过具有多个接收天线的接收天线阵列接收。可能包括多普勒频移的每个接收信号被处理并与多个频移假设混合，这些频移假设旨在抵消多普勒频移并产生一系列相关值。选择具有最高相关值的频移假设并用于校正多普勒频移，以便可以获得更准确的目标物体参数，例如速度。

Description

解决多普勒频移的车辆雷达系统及其使用方法
技术领域
本发明总体涉及雷达系统，且更具体地，涉及可以克服由于多普勒频移引起的角分辨率劣化的车辆雷达系统和方法。
背景技术
许多现代车辆配备有先进的安全和驾驶员辅助系统，其需要稳健且精确的物体检测和跟踪系统来控制主车辆操纵。这些系统利用物体的周期性或连续检测和控制算法来评估各种物体参数，例如相对物体范围、速度、行进方向和大小。例如，雷达设备通过发射从传感器视场内的目标反射的电磁信号来检测和定位物体(即目标)。反射信号作为回波返回到雷达，在那里他们被处理以确定各种信息，例如发送/接收信号的往返传播时间。然而，当存在多个目标时，某些雷达设备缺乏区分靠近的多个目标所必需的角度和/或空间分辨率。在这些情况下，其中多个定位目标如此靠近以至于他们不能通过范围或角度分开，如果雷达设备的多普勒分辨率足够高，则目标仍然可以通过多普勒频率分开。
当在具有雷达的主车辆和目标之间存在相对临近速率或径向速度时，多普勒效应本身表现出来。当雷达的发射信号从这样的目标反射时，返回信号的载波频率将被偏移。假设共同定位的发射器和接收器，所得到的多普勒频移是载波波长和雷达与目标之间的相对径向速度(临近速率)的函数。当目标远离雷达时，相对径向速度或临近速率被定义为正，并导致负多普勒频移；当目标移向雷达时，会发生相反的情况。
目前使用的先进雷达系统可以利用多输入多输出(MIMO)概念，其在发射器处使用多个天线以发射独立波形以及在接收器处使用多个天线以接收雷达回波。在“共同定位的”MIMO雷达配置中，发射器和接收器中的天线间隔足够近，使得每个天线观察物体的相同方面，从而假设点目标。在MIMO接收器中，匹配滤波器组件用于提取波形分量。当信号从不同天线发射时，每个信号的回波携带关于检测到的对象和不同传播路径的独立信息。由不同发射天线引起的相位差以及由不同接收天线引起的相位差在数学上形成虚拟天线阵列，其使用更少的天线元件提供更大的虚拟孔。从概念上讲，通过在发射器Tx和接收器Rx天线元件中的每一个之间进行交织来创建虚拟阵列，使得虚拟阵列中的元件表示MIMO阵列中的每个发射器Tx和接收器Rx天线的Tx-Rx对。对于共同定位的MIMO天线，具有N个发射器天线的发射阵列和具有M个接收天线的接收阵列产生具有M×N个虚拟接收器元件的虚拟阵列。换句话说，波形通过接收器处的匹配滤波器提取，使得在虚拟阵列中总共有M×N个提取信号。
除了从每个发射器天线生成和发射各个波形之外，可以使用各种编码技术对发射信号进行编码。例如，每个发射器天线可以被配置为发射具有不同代码的波形。因此，发射阵列将发射跨越整个雷达视场的N个空间代码，整个雷达视场通常在120°(视轴+/-60°)到180°(视轴+/-90°)的范围内。代码作为符号序列在N个发射天线中的每一个上发射。因为接收信号矢量是从所有N个发射天线发射的回波信号的总和，因此为了实现接收器处的N个传输信道的分离，序列中的符号数量(即，发射代码的数量)必须等于发射天线数量N。因此，随着发射天线数量增加，代码的长度和每个序列的重复间隔也增加。然而，随着重复间隔增加，出现关于速度评估(即，多普勒频率)的模糊度。
发明内容
根据一个方面，提供了一种使用车辆雷达系统来评估多普勒频移的方法。车辆雷达系统包括具有多个发射天线的发射天线阵列和具有多个接收天线的接收天线阵列。该方法包括以下步骤：从发射器接收调制信号MS1；将调制信号MS1与代码序列C1-CN混合以产生多个编码发射信号Tx1-TxN，代码序列C1-CN包括用于发射天线阵列中的多个发射天线中的每一个的至少一个单独代码；用发射天线阵列发射多个编码发射信号Tx1-TxN；用接收天线阵列接收多个接收信号Rx1-RxM，多个接收信号Rx1-RxM包括用于接收天线阵列中的多个接收天线中的每一个的至少一个接收信号；将多个接收信号Rx1-RxM与代码序列C1-CN解混以产生多个解码偏移信号D1，1-DM，N，多个解码偏移信号D1，1-DM，N包括多个接收信号Rx1-RxM中的每一个的至少N个数量的解码偏移信号；将多个频移假设ω1-ωL应用于多个解码偏移信号D1，1-DM，N，以获得多个解码假设信号F1，1，1-FM，N，L，多个解码假设信号F1，1，1-FM，N，L包括多个解码偏移信号D1，1-DM，N中的每一个的至少L个数量的解码假设信号；评估多个解码假设信号F1，1，1-FM，N，L以确定哪个频移假设ω1-ωL最准确地表示多普勒频移；并且选择多个频移假设ω1-ωL中的一个以解决多普勒频移，其中频移假设的选择基于评估。
根据另一方面，提供了一种用于评估多普勒频移的车辆雷达系统，该车辆雷达系统安装在主车辆上并且包括：具有一个或多个混频器的发射器，该发射器被配置为提供多个编码的发射信号Tx1-TxN，其包括与代码序列C1-CN混合的调制信号MS1；发射天线阵列，其具有耦合到发射器的多个发射天线，该发射天线阵列被配置为从发射器接收多个编码发射信号Tx1-TxN，使得代码序列C1-CN包括用于多个发射天线中的每一个的至少一个单独代码；具有多个接收天线的接收天线阵列，该接收天线阵列被配置为提供多个接收信号Rx1-RxM；以及具有耦合到接收天线阵列的一个或多个解混频器的接收器。接收器被配置为：将多个接收信号Rx1-RxM与代码序列C1-CN解混以产生多个解码偏移信号D1，1-DM，N，多个解码偏移信号D1，1-DM，N包括用于多个接收信号Rx1-RxM中的每一个的至少N个数量的解码偏移信号；将多个频移假设ω1-ωL应用于多个解码偏移信号D1，1-DM，N，以获得多个解码假设信号F1，1，1-FM，N，L，多个解码假设信号F1，1，1-FM，N，L包括用于多个解码偏移信号D1，1-DM，N中的每一个的至少L个数量的解码假设信号；评估多个解码假设信号F1，1，1-FM，N，L以确定哪个频移假设ω1-ωL最准确地表示多普勒频移；并且选择多个频移假设ω1-ωL中的一个来解决多普勒频移，其中频移假设的选择基于评估。
附图说明
在下文中将结合附图来描述本发明的一个或多个实施例，其中相同的标号表示相同的元件，并且其中：
图1是主车辆和目标物体的示意性框图，其中主车辆包括车辆雷达系统的实施例；
图2是车辆雷达系统的实施例的更详细的示意性框图，例如图1中所示的那个；以及
图3是描绘用于使用如图2中所示的车辆雷达系统以获得关于一个或多个目标对象的雷达信息的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
文中描述的车辆雷达系统和方法使得配备有该系统的主车辆能够以提高的准确度评估目标物体的各种参数。车辆雷达系统可以是多输入多输出(MIMO)雷达系统，其包括多个发射天线和多个接收天线。在一个实施例中，将调制信号与用于每个发射天线的不同代码(例如，正交代码)混合，使得每个发射天线与特定代码相关联。然后，每个发射天线发送编码的发射信号(即，包含与特定代码混合的调制信号的信号)。反射信号或回波从目标物体反射，并以接收信号的形式在每个接收天线处接收。然后，利用多个频移假设处理每个接收信号(即，包含与特定代码混合并且可能由于多普勒频移而改变的调制信号的信号)，导致多个相关分数。选择最高相关分数，然后使用与所选相关分数相关联的频移假设来更好地评估或近似多普勒频移，这又可以用于更好地计算目标对象的某些参数，例如其相对于主车辆的相对速度。在改善关于一个或多个目标车辆的相对速度的计算的情况下提供以下描述，但是应当理解，本申请的车辆雷达系统和方法不限于此并且可以用于改善关于其他目标对象参数也包括目标对象相对于主车辆的相对范围和角度的计算。
根据一个实施例，调制信号用不同的代码编码，以便在不同的发射信号之间实现无干扰或最小干扰。代码可以是正交代码，例如Gold代码和/或导致非相干的发射信号的其他代码。具有车辆雷达系统的主车辆与目标物体之间的相对速度引起多普勒频移。当例如传输使用正交代码序列调制并以短脉冲或“啁啾”发射时，该多普勒频移可对正交编码(或正交混合)传输产生负面影响。在这种情况下，发射和/或接收信号可能相互干扰，从而导致发射信号之间的原始正交性丢失。当正交性丢失时，在接收器处分离不同的信道变得更加困难。
在一个实施例中，文中讨论的车辆雷达系统被结合到车辆电子系统中以与自动和/或半自动车辆操作一起使用。车辆雷达系统可用于收集关于一个或多个目标对象的速度信息，以及其他目标对象参数和信息。如上所述，可以基于多普勒频移确定目标对象的速度。然而，当主车辆和目标物体之间的相对速度高时，显著的多普勒频移会引起实质性的多普勒模糊，从而导致不准确的目标速度评估。为了解决多普勒频移，可以用不同的代码对每个接收信号进行解混或解码，以获得已经首先被解码但仍可能包括多普勒频移分量的解码偏移信号。然后，可将每个解码偏移信号与一系列频移假设混合，以获得一系列解码假设信号。对于解码假设信号，可以计算得分，其确定解码假设信号与对应的编码的发射信号之间的相关性。这些信号之间(或原始代码序列与解码代码序列之间)的相关性(或相似性)越高，相应的频移假设越可能表示实际的多普勒频移。因此，与具有最高分数的解码假设信号相关联的频移假设然后可以用于更好地测定目标对象的速度和/或一些其他目标对象参数，例如目标对象范围和角度信息。
下面描述的车辆雷达系统和方法涉及多输入多输出(MIMO)雷达系统和使用联合码字解码和多普勒频移假设的方法。图1示出了可用于实现所公开方法的MIMO车辆雷达系统10的一种可能架构。虽然文中描述的方法和方法涉及图1和图2中所示的雷达配置，但是本领域普通技术人员将理解，车辆雷达系统10仅仅是一个示例，并且在许多方面，这些图的示意性框图已经简化以便于解释。当然可以替代地使用其他配置和实施例，因为文中描述的车辆雷达系统和方法仅代表一个可能的实施例。
车辆雷达系统10可以是MIMO系统，其包括通信地耦合到发射天线阵列20的发射器12，该发射天线阵列20具有N个发射天线22-26，发射天线22-26被配置为创建监视特定感兴趣区域的传感器视场。发射天线阵列20被配置为发射电磁信号(即，编码的发射信号)42-46，该电磁信号42-46从车辆雷达系统10的视场内的一个或多个目标物体18反射。根据图1和图2所示的非限制性实施例，发射天线阵列20被安装在主车辆的前部，包括三个发射天线22-26，并且被配置为在大致平行于主车辆的纵轴的方向上发射雷达信号。但是，这只是一种可能性。例如，发射天线阵列20可以被安装在除主车辆前部之外的位置，其可以包括多于或少于三个发射天线，并且其可以在不同方向上定向。
发射器12可以是独立的模块或单元；其可以是更大的模块、单元、系统等的一部分；其可以包括许多子模块、子单元、子系统等；或者其可以根据一些其他布置或架构来配置，只要其被配置成根据本文公开的方法生成用于在发射天线阵列20上传输的电磁信号。在一个非限制性实施例中，发射器12包括基带处理器，该基带处理器被配置成管理无线电操作，包括使用天线阵列20生成用于传输的信号。基带处理器可以包括通常在所述发射器上的已知硬件、固件和/或软件，包括随机存取存储器(RAM，包括静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM))或其他类型的存储器，包括闪存、其他固态存储器或其他合适的存储器。在其他实施例中，发射器12的基带处理器包括在雷达控制模块16中。发射器12可以包括波形发生器、振荡器、放大器、混频器、组合器、滤波器、转换器和/或处理器，仅举几个可能的部件。仅作为示例，波形发生器28可以被配置为在给定的相干处理间隔(CPI)内生成具有不同脉冲宽度，不同波形类型和/或不同脉冲重复间隔(PRI)的波形或信号。然后可以通过数模(D/A)转换器将波形或信号数字化，并使用上转换器将其上转换为射频载波。上转换器可以由中频(IF)和/或射频(RF)振荡器、滤波器和/或同步电路组成。然后，发射放大器可以产生发射信号，该发射信号可以被馈送到循环器或类似设备。同样，这仅是发射器12的一种可能配置，因为许多其他配置当然是可能的。
反射信号52-58从目标物体18反射，并由具有M个接收天线32-38的接收天线阵列30作为回波接收。根据该非限制性实施例，存在三个发射天线22-26(N＝3)和四个接收天线32-38(M＝4)。这导致具有M×N个虚拟接收器元件的虚拟天线阵列(在所示实施例中MxN＝12)。发射天线22-26和接收天线32-38可以被设计或配置为发射或接收特定频率或频率范围的信号。如上面结合发射天线阵列所述，虽然接收天线阵列30在附图中示出为安装在主车辆前部并指向车辆前方的四个天线阵列，但这不是必需的。接收天线阵列30可以安装在车辆的其他部分上，其可以在其他方向上定向，并且其可以具有比四个更多或更少的天线元件，列举一些可能性。
接收器14被配置为处理和提取与目标对象18相关的反射信号或回波的信息，比如，例如其范围、方位角和临近速率或速度。当反射信号从相对于主车辆具有相对速度的目标物体18反射或反弹时，反射信号将包括多普勒频移分量。接收器14可以是独立模块或单元；其可以是更大的模块、单元、系统等的一部分(例如，还包括发射器12的那个)；其可能包括许多子模块、子单元、子系统等；或者其可以根据一些其他布置或架构来配置，只要其被配置为根据本文公开的方法处理由接收天线阵列30接收的电磁信号。根据非限制性实施例，接收器14包括通常在接收器上的已知硬件、固件和/或软件，例如但不限于放大器、混频器、解混器、振荡器、组合器、滤波器和转换器。由接收器14执行的功能可以变化，但是通常包括执行各种滤波、放大、转换和数字化功能，以及信号处理功能，例如分析信号和波形的各种特性以确定诸如相位、频率和幅度的信息。如本领域技术人员所理解的，用于从信号和波形中提取该信息的技术可以变化，但是可以包括但不限于使用傅立叶变换的同相和正交分析和频域分析。在一个实施例中，接收器14还可以包括执行脉冲压缩和杂波抑制(例如，多普勒滤波)功能的组件。在一个实施例中，接收器14包括被配置为执行本文描述的信号处理功能的无线电接收器电路的组合，例如图2中所示。
在一个实施例中，接收器14可以包括基带处理器，例如上面关于发射器12所讨论的。并且，在一些实施例中，发射器12和接收器14可以共享公共基带处理器，例如，作为雷达控制模块16的一部分包括的那个。例如，接收器14的所有或某些部分可以与发射器12的所有或某些部分一起集成到雷达控制模块16中。雷达控制模块16可以包括无线电芯片组，其包括集成电路并且连接到或包括处理器和存储器。雷达控制模块16还可以包括被配置为将无线电芯片组和电路与车辆通信系统接口的某些组件或电路，使得车辆雷达系统10可以与位于整个主车辆中及之外的其他组件、模块和/或系统通信。例如，车辆雷达系统10可以是主车辆电子设备的一部分，使得车辆雷达系统可以通过中央车辆通信总线150与其他车辆系统模块140通信。
在一个特定实施例中，雷达系统10可以在主车辆100上实现，其中发射器12，接收器14和/或雷达控制模块16可以实现为车辆控制模块。控制模块可以包括任何种类的电子处理设备、存储器设备、输入/输出(I/O)设备和/或其他已知组件，并且可以执行各种控制和/或通信相关功能。取决于特定实施例，控制模块可以是独立的车辆电子模块，其可以结合或包括在另一车辆电子模块(例如，转向控制模块、制动控制模块等)内，或者其可以是更大的网络或系统(例如，自动驾驶系统、牵引力控制系统(TCS)、电子稳定控制(ESC)系统、防抱死制动系统(ABS)、驾驶员辅助系统、自适应巡航控制系统、车道偏离警告系统)的一部分，列举一些可能性。这种控制模块不限于任一个特定实施例或布置。
另外，车辆电子系统110可包括各种车辆模块，包括发动机控制单元(ECU)120、车载计算机130和其他VSM 140。ECU 120可用于控制发动机操作的各个方面，例如燃料点火和点火正时。ECU 120连接到通信总线150并且可以从车身控制模块(BCM)(未示出)或其他VSM(包括车载计算机30)接收操作指令。ECU 120可以控制内燃机(ICE)和/或电动推进电动机(或其他原动机)。
车载计算机130是包括处理器和存储器的车辆系统模块。另外，至少在一些实施例中，车载计算机30可以是信息娱乐单元(例如，信息娱乐头部单元、车内娱乐(ICE)单元、车载信息娱乐(IVI))、车辆头部单元、中央堆叠模块(CSM)、或车辆导航模块。在一些实施例中，车载计算机30可包括一个或多个车辆-用户界面，包括按钮52和/或麦克风56，如下面更详细讨论的。处理器可用于执行各种类型的数字存储指令，例如存储在存储器中的软件或固件程序，这使得计算机130能够提供各种服务。在一个实施例中，处理器可以执行程序或处理数据以执行本文所讨论的方法的至少一部分。例如，处理器可以从各种车辆系统模块(例如，VSM 140)接收信号或数据，包括传感器数据。在特定实施例中，车载计算机130可以确定何时启动方法200(下图3中讨论)。例如，车载计算机130可以从车辆传感器(例如，照相机、雷达、激光雷达或安装在车辆上的其他传感器)接收传感器数据，并且基于所接收的传感器数据，可以确定需要关于目标对象18的速度信息(和/或其他信息，包括空间信息)。当例如车辆执行自主和/或半自动操作时，可能需要这样的信息。响应于确定关于目标对象的更多信息(例如速度信息)是合乎需要的，车辆然后可以开始方法200(图3)。
如所述，至少在一些实施例中，雷达控制模块16包括处理器和存储器，并且在一些实施例中，发射器12和/或接收器14可包括处理器和存储器。处理器可以是能够处理电子指令的任何类型的设备，包括微处理器、微控制器、主处理器、控制器、车辆通信处理器和专用集成电路(ASIC)。存储器可以包括RAM、其他临时供电的存储器、任何非暂时性计算机可读介质(例如，EEPROM)、或存储执行文中讨论的各种无线电和/或信号处理功能所需的一些或全部软件的任何其他电子计算机介质。
图2是可由车辆雷达系统10使用或实施的某些组件和/或过程的示意图。发射器12可包括波形发生器28，其产生调制信号MS1，调制信号MS1是在高载波频率附近具有某些带宽的调制信号或波形。然后使用混频器62-66将调制信号MS1与一个用于每个发射天线22-26的三个不同代码C1至C3混合。由于发射天线阵列20将在相同的频率范围内同时发射多个信号，并且接收天线阵列30将接收这些同时发射的总和，所以这些代码用于最小化干扰并在接收器14处分离接收的信号。作为调制信号MS1与代码C1至C3混合的结果，然后可以使用发射天线22-26发射或发送三个编码的发射信号Tx1、Tx2和Tx3。
编码发射信号Tx1、Tx2和Tx3以电磁波的形式发射，例如图1中描绘的电磁波42-46。这些电磁波42-46被一个或多个目标物体18反射，使得反射电磁波52-58以接收信号Rx1至Rx4的形式在接收天线阵列30处被接收。然后将接收信号Rx1至Rx4中的每一个通过混频器72-76与代码C1至C3混合，以获得解码偏移信号D1，1至DM，N。在该实施例中，因为存在四个接收信号Rx1至Rx4，并且将这些信号中的每一个与三个代码C1至C3混合，所以系统生成总共十二个解码偏移信号D1至DM，N。为了清楚起见，在图2中仅示出了导致三个解码偏移信号D1，1至D1，3的接收信号Rx1中的一个，但应该认识到，接收信号Rx2至Rx4将类似地导致解码偏移信号D2，1至DM，N，即使未示出。这些信号或波形被称为“解码偏移信号”的原因是因为即使已经将代码C1至C3应用于信号(即，他们被解码)，仍然存在要校正的多普勒频移；因此，信号被“解码”，但仍然是“偏移的”。每个解码偏移信号D1，1至DM，N然后传递到频移评分组件。例如，如果存在十二个解码偏移信号D1，1至DM，N，则将这些信号中的每一个提供给十二个频移评分组件中的一个。为了清楚起见，在图2中仅示出了三个频移评分组件82至86，并且仅详细示出了单个频移评分组件84。然而，应该理解的是，文中未详细示出的其他频移评分组件可以与组件84相同。
然后将解码偏移信号D1，1到DM，N中的每一个提供给频移评分组件，在其中与L个频移假设混合以获得随后将被评估和评分的多个解码假设信号。此时，实际的多普勒频移是未知的，并且每个频移假设代表正确的频移校正的有根据的猜测或评估；因此，在对所有评估进行评分之前，将不知道频移校正的最佳评估，如下面更详细解释。根据一个实施例，每个频移假设以欧拉形式混合或应用，其中ω1至ωL表示角频率(ω1＝2πf1，其中f1是要应用的第一评估频移)。在将L个数量的频移假设应用于解码偏移信号D1，2之后，获得用于该特定的解码偏移信号D1，2的L个数量的解码假设信号F2，1至F2，L。因此，如果存在M个数量的接收天线，N个数量的代码(或发射天线)和L个数量的频移假设，则车辆雷达系统10将产生M×N×L个数量的解码假设信号F1，1，1至FM，N，L。在图2所示的实施例中，假设存在五个频移假设，系统将生成4×3×5＝60个单独的解码假设信号F。
然后处理，计算和/或以其他方式评估解码假设信号F1，1，1至FM，N，L，以获得分数，该分数可以包括和/或基于相关值。多普勒频移可能使代码的正交性和/或其他特性失真。因此，相关值可以定量地表示最初是编码的发射信号Tx1-TxN的一部分的代码(即，在他们因多普勒频移失真之前)和作为解码假设信号F1，1，1至FM，N，L的一部分的代码(即，在他们因多普勒频移失真然后被校正之后)之间的相关性或关系。选择与最高分数相关联的频移假设作为实际多普勒频移的最佳评估，然后可以将其用于计算目标对象18的速度和/或其他参数。尽管在图1和图2所示的示例性车辆雷达系统10的上下文中提供了本描述，其包括三个发射天线22-26(因此，三个代码C1-C3)，四个接收天线32-38，以及五个频移假设，导致六十个解码假设信号F1，1，1-FM，N，L，但该实施例仅出于说明的目的而提供，并且本系统和方法决不限于该特定实现。
图3示出了描绘使用车辆雷达系统来校正多普勒频移并获得关于一个或多个目标物体的更准确信息的示例性方法200的流程图。根据一个实施例，方法200生成多普勒频移的多个评估，并且在评估和评分那些评估之后，该方法使用最佳评估来校正多普勒频移。一旦校正，该方法能够改进其对各种目标物体参数的雷达测量值，例如相对于主车辆的目标物体位置、速度、加速度等。应当理解，方法200中的步骤不必以所示和所述的特定次序或顺序执行，并且以替代次序执行一些或所有步骤当然是可能的。在一个非限制性实施例中，方法200中的所有或一些步骤由车辆雷达系统10作为独立系统或作为较大车辆系统的一部分来执行。
方法200可以从步骤210开始，其中获得调制信号MS1。在一个实施例中，发射器12的波形发生器28用于以基带信号的形式产生调制信号MS1，该基带信号以载波频率为中心。例如，调制信号MS1可以具有与线性频率调制(LFM)啁啾或脉冲相对应的带宽。调制信号MS1可以是任何适当的或合适的调制信号或波形，其可以与文中讨论的车辆雷达系统10一起使用，包括具有10至100GHz的中心频率的调制信号。在车辆雷达系统10安装在车辆上的一个实施例中，波形发生器28可以产生具有约77至81GHz的中心频率的调制信号MS1。一旦生成并获得调制信号MS1，该方法就继续到步骤220。
在步骤220中，该方法将调制信号MS1与代码序列(C1-CN)混合以产生多个编码发射信号Tx1-TxN，其中代码序列包括用于发射天线阵列20中的每个发射天线的至少一个单独代码。通常，代码序列(C1-CN)中的代码的数量等于发射天线阵列20中的发射天线的数量(例如，在图2中，N＝3，使得存在三个代码(C1-C3)和三个发射天线22-26)。如本文所用，术语“混合(mix)”、“解混(de-mix)”、“混合(mixes)”、“解混(de-mixes)”、“混合(mixing)”、“解混(de-mixing)”、“混合器”、“解混器”及其它形式广泛地包括任何合适的信号处理技术，其混合、解混、调制、解调、编码、解码、乘法和/或以其他方式将代码或码字应用于调制信号或波形或从调制信号或波形中提取。在一个实施例中，步骤220使用混频器62-66以在数学上将初始调制信号MS1与三个单独的代码(C1至C3)相乘，以获得编码发射信号Tx1-Tx3形式的输出信号。步骤220中的代码可以是可用于在不同发射天线之间分离传输信道的正交代码，使得在接收器14处接收的信号可以相应地分离。这种编码技术通常是有用的，因为当在同一频率范围内同时发射多个信号时，在接收器14处接收所有这些发射的总和。通过将发射信号与不同的代码(例如，正交代码)混合，然后可以在接收器14处对接收信号的总和或组合进行解混，以可以分离或解析出单独发射的信号。如文中所使用的，术语“正交”，“正交性”及其它形式广义地包括两个或更多个代码的任何群组或序列，当多个正交代码在一段时间内逐位相乘时，将这个逐位乘法的乘积加在一起，总和等于零。有关此类代码正交性的更多信息，请参阅http：//www.telecomhall.com/what-does-orthogonal-means-in-wireless- networks.aspx。在一个实施例中，可以在步骤220中使用Gold代码(或Gold序列)来混合调制信号MS1。可以使用其他代码，例如Hadamard代码和Kasami代码，以及其他代码或代码序列，当应用于调制信号MS1时，发生发射信号之间的最小交叉信道干扰。一对正交代码(即，正交代码序列)的非限制性实施例包括第一代码{1，1，1，1}和第二代码{1，-1，1，-1}，其中第一和第二代码的逐位乘法产生乘积{1，-1，1，-1}，当加和时，产生的总和为0。代码序列中使用的任何其他或附加代码可以类似地是正交的。
如上所述，示例性车辆雷达系统10包括具有三个发射天线22-26(N＝3)的发射天线阵列20，因此，可以使用具有三个代码的代码序列(C1，C2，C3)，一个用于每个发射天线。然后，将第一代码C1与调制信号MS1混合，以获得第一编码发射信号Tx1。类似地，可以将第二代码C2与调制信号MS1混合以获得第二编码发射信号Tx2，并且可以将第三代码C3与调制信号MS1混合以获得第三编码发射信号Tx3。根据非限制性实施例，编码发射信号Txn包括可由以下表示的多个(或序列)啁啾(或脉冲)：
Figure BDA0001968620250000131
其中xn(t)表示来自第n个发射天线的第n个编码发射信号Txn，其中t∈[0：T]，
Figure BDA0001968620250000132
是k-代码Cn的符号，fc是载波频率，n是发射器索引，并且k是代码序列Cn内的符号的索引。应当理解，除了上述那些之外的混合和/或调制技术可以用于生成编码发射信号Tx1到TxN。该方法然后可以继续到步骤230。
在步骤230中，使用具有N个数量的发射天线的发射天线阵列20发射编码发射信号Tx1至TxN。例如，当利用车辆雷达系统10(其中N＝3)执行该方法时，发射三个编码发射信号Tx1，Tx2，Tx3，其中第一发射天线22发射信号Tx1，第二发射天线24发射信号Tx2，第三发射天线26发射信号Tx3。图1示出了由天线22-26发射的三个电磁信号42-46。在一个实施例中，编码发射信号Tx1至TxN在相同的频带上同时发射或发送。可以使用本领域技术人员理解的技术来发送编码发射信号Tx1至TxN，比如，例如，二进制相位调制(BPM)、码分复用(CDM)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)，以及任何其他合适的技术。接下来，该方法前进到步骤240。
在步骤240中，在接收天线阵列30处接收多个接收信号Rx1-RxM，并且他们包括用于接收天线阵列中的每个接收天线的至少一个接收信号。换句话说，编码发射信号Tx1至TxN从目标物体18反射，并且以接收信号Rx1-RxM的形式在M个数量的接收天线中的每一个处接收或检测。接收信号Rx1-RxM可以表示从在雷达系统视场中的目标物体18反射的电磁波52-58采样的数据。例如，反射的电磁波52-58到达接收天线32-38，然后可以以采样频率Fs进行采样，并根据已知技术进行处理，以获得接收信号Rx1至RxM。根据非限制性实施例，用于执行这些步骤并处理接收信号Rx1至RxM的硬件和/或软件是接收器14的一部分。
在一个实施例中，假设单个反射点，接收信号可以由以下表示：
Figure BDA0001968620250000141
其中ym(t)表示第m个接收器的接收信号，hn是第m个接收器和第n个发射器之间的复合信道系数，xn(t)表示来自第n个发射器的第n个传输信号Txn，τ是信号的传播延迟。在一个实施例中，复合信道系数hn可以是以下函数：发射器和目标(或反射点)之间的距离；接收器与目标(或反射点)之间的距离；作为角度函数的发射天线和接收天线的幅度和相位响应。方法200继续到步骤250。
在步骤250中，将接收信号Rx1至RxM中的每一个与代码C1至CN解混(或混合)，以获得解码偏移信号D1，1至DM，N。即使对接收信号Rx1至RxM中的每一个执行步骤250至280，出于简洁的目的，讨论限于单个接收天线32和单个对应的接收信号Rx1。应当理解，以下段落中描述的步骤和技术同样也适用于其他接收信号Rx2至RxM。根据图2所示的实施例，接收信号Rx1通过混频器72-76输入和与先前在步骤220中使用的相同的代码序列C1至C3解混；这导致解码偏移信号D1至D3。在该实施例中，因为将三个代码C1至C3应用于接收信号Rx1，所以产生对应于接收天线32的三个单独的解码偏移信号D1至D3；对于其他三个接收天线34-38将发生相同的情况，使得在步骤252-254中产生总共十二个解码偏移信号。如上所述，这些信号或波形被称为“解码偏移信号”的原因是因为即使代码C1至C3已经应用于信号(即，他们被解码)，仍然存在要校正的多普勒频移；因此，信号被“解码”，但仍然是“偏移的”。可以对接收信号Rx1至RxM和/或解码偏移信号D1，1至DM，N执行各种滤波和/或其他信号处理技术。步骤252示出了将接收信号Rx1与代码C1解混以获得第一解码偏移信号D1。类似地，步骤254示出了将接收信号Rx1与代码CN解混以获得第n个解码偏移信号D1，N。在一个实施例中，解码偏移信号D1，1至DM，N表示观察到的载波信号。然后，每个解码偏移信号D1，1至DM，N传递到频移评分组件。例如，如果存在十二个解码偏移信号D1，1至DM，N(其中M＝4并且N＝3)，则将这些信号中的每一个提供给十二个频移评分组件中的一个。然后，方法200可以继续到步骤260。
在步骤260中，将一系列频移假设或评估ω1至ωL应用于用于接收信号Rx1至RxM中的每一个的解码偏移信号D1，1至DM，N中的每一个，以产生多个解码假设信号F1，1，1至FM，N，L。频移假设的数量可以由L表示。为了说明，如果存在M个数量的接收天线(例如，四个接收天线32-38)，N个数量的代码(例如，三个代码C1-C3)和L个数量的频移假设(例如，五个评估)，则车辆雷达系统10将产生M×N×L个数量的解码假设信号F1，1，1至FM，N，L(六十个假设信号)。频移假设ω1至ωL可以取决于目标物体和车辆雷达系统10之间的相对速度，使得ω＝2×π×fd，并且fd＝2×(fc/c)×v，其中fd是用于产生频移假设ω1至ωL的多普勒频率，fc是载波频率，c是光速，v是目标物体与主车辆或车辆雷达系统10之间的相对速度。频移假设ω1至ωL作为实际多普勒频移的一系列有根据的猜测或评估并可预先确定并存储在存储器中(例如，存储在接收器14或车辆雷达系统10的一些其他部分中)。根据非限制性实施例，频移假设ω1至ωL可包括-30KHz至30KHz范围内的频移。在其他实施例中，频移假设ω1至ωL不是预先确定的，而是基于当前操作参数或因子(例如，基于主车辆和目标物体之间的相对速度)计算的评估。例如，车辆雷达系统10可以获得最后已知的相对速度，然后基于所获得的相对速度选择假设ω1至ωL的频移范围。频移值的总范围，频移值的数量L，频移值之间的间隔等可以是预先确定的，或者可以基于所需的准确度或精度来改变或调整。通常，频移假设L的数量越大，多普勒频移评估的准确度越高。
可以通过使用欧拉形式
Figure BDA0001968620250000151
来测试频移假设ω1至ωL，其中ωl表示第l个频移假设，t表示时间，并且j是虚数j。对于每个代码n，将频移假设ω1至ωL中的每一个与解码偏移信号D1，1至DM，N中的每一个混合，以获得多个解码假设信号F1，1，1-FM，N，L。因此，解码假设信号的数量等于每个接收天线的N*L。例如，步骤262描绘了将L个频移假设应用于D1，1以使用频移假设ω1至ωL获得L个解码假设信号F1，1，1至F1，1，L。类似地，步骤264描绘了将L个频移假设应用于DM，N以使用频移假设ω1至ωL获得L个解码假设信号FM，N，1至FM，N，L。然后方法继续到步骤270。
在步骤270中，该方法计算或以其他方式确定不同频移假设ω1至ωL的分数，其中每个分数通常表示特定频移假设准确评估实际多普勒频移的可能性。根据一个实施例，步骤270通过对包括这些信号的被积函数进行积分然后对这些计算的结果求和并进行评估来评估解码假设信号F1，1，1-FM，N，L(关于可用于执行这些积分的公式或等式的更多信息将在以下段落中提供)。从最初在第一接收天线32处接收的所有解码假设信号F1，1，1-F1，N，L开始(在本实施例中，其中N＝3且L＝5，第一接收天线将有15个这样的信号)，步骤272首先对与第一频移假设ω1相关联的解码假设信号F1，1，1-F1，N，1进行积分(在本实施例中，这将包括信号F1，1，1、F1，2，1、F1，3，1)然后累加或求和该序列以确定第一输出。接下来，该步骤对与第二频移假设ω2相关联的解码假设信号F1，1，2-F1，N，2进行积分(在本实施例中，这将包括信号F1，1，2、F1，2，2、F1，3，2)然后累加或求和该序列以确定第二输出。该过程继续直到步骤274，其对与最后频移假设ω5相关联的解码假设信号F1，1，5-F1，N，5进行积分(在本实施例中，这将包括信号F1，1，5、F1，2，5、F1，3，5)然后累加或求和该序列以确定第五输出。一旦对由第一接收天线32接收的信号评估了所有频移假设ω1至ωL，步骤270对最初在第二接收天线34接收的解码假设信号F2，1，1-F2，N，L进行相同的操作。因此，该过程将导致第一接收天线32的L个数量的输出，第二接收天线34的L个数量的输出，第三接收天线36的L个数量的输出，以及第四接收天线38的L个数量的输出；这些输出有时被称为累积结果，其中每个输出是复数值。每个输出的绝对值可以用作该特定频移假设的分数。因此，每个频移假设ω1至ωL具有M个数量的分数，一个用于接收天线阵列30中的每个接收天线。
根据非限制性实施例，如上所述，步骤270可以使用等式3来计算频移假设ω1至ωL的分数或相关值c。在一个实施例中，相关值cn，l基于最初发射的信号(即，编码发射信号Tx，可以用xn(t)表示)和接收信号(即，接收信号Rx，可以用ym(t)表示)之间的相关性或关系确定，用频移假设校正。并且，在特定实施例中，可以通过使用以下等式来确定相关值cn，l：
Figure BDA0001968620250000171
其中cn，l是第n个发射代码和第l个频移假设(ωl)的相关值，ωl是第l个频移假设，ym(t)表示第m个接收器处的接收信号，xn(t)表示来自第n个发射天线的第n个编码发射信号，t是时间，T是整个代码序列的时间。此外，相关值cn，l可以表示从特定发射器n发射的解码频移信号，其用代码Cn编码，然后在被接受天线接收之后使用代码Cn分离。如上所述，每个相关值的绝对值可以与该频移假设的其他相关值求和，因此，该总的求和值可以用作该特定频移假设的分数。在其他实施例中，获得每个相关值cn，l的分数，其可以是相关值cn，l的绝对值。方法200继续到步骤280。
在步骤280中，选择与最高或最大相关分数或值相关联的频移。例如，相关值c1，1可以基于第一接收天线的第一频移假设ω1计算，并且可以是所有其他计算的相关值c1，1至cN，L的最高相关值。在这种情况下，选择频移假设ω1，然后用于计算目标物体18的速度(步骤290)。在另一实施例中，频移假设可以基于用于获得该特定相关值的每个特定频移假设的相关值c1，1至cN，L归因于加权值。例如，相关值cn，1对应于第一频移假设ω1，因此，值cn，1(其中n可以是1至N)可以求和以获得第一频移假设ω1的总分数。对其他4个频移假设也可以做同样的事情，以获得每个频移假设的总分数。然后，可以选择具有最大分数的频移假设ω1。此外，来自等式3的对应于最佳分数的相关值可用于评估任何数量的其他目标物体参数，例如目标角度(通过，例如波束形成方法)，并且还可能用于评估目标范围。
在另一个实施例中，可以执行步骤260至280以缩小由移动目标18反射发射信号引起的频移的潜在值的范围。一旦确定了变窄的潜在频移范围，可以再次执行步骤260至280，但是使用在缩小范围内的潜在频移值ω1。例如，在步骤260至280的第一次迭代中，L可以设置为5，并且在第二次迭代中L可以设置为10。作为第一次迭代的结果，可以基于最高相关分数选择第一频移假设。此后，在第二次迭代中，一系列频移假设ω1至ωL可以包括较小的差值或频率间隔，并且可以被设置为作为第一次迭代的结果而选择的频移假设周围的值。以这种方式，可以用更少的计算步骤实现更高的准确度。方法200继续到步骤290。
在步骤290中，可以基于所选择的频移假设来计算目标物体参数，例如目标物体的速度。为了获得目标物体参数，可以使用所选择的频移假设来恢复发射信号之间的正交性，从而可以获得分离的发射-接收信号对并用于形成波束成形图像，其可以用于获得目标物体参数。如上所述，多普勒频移导致编码发射信号Tx1至TxN的正交性丢失(或失真)。因此，通过选择具有最高或最佳相关分数的频移假设，可以评估或近似实际的多普勒频移。并且，通过将所选择的频移假设应用于接收信号(以及使用代码解混)，可以在接收器侧恢复编码发射信号之间的正交性。由于编码发射信号之间的正交性被恢复(或至少改善)，因此可以使用所选择的频移来移位接收信号，然后使用代码对其进行解码以获得分离的发射-接收信号对。在一个实施例中，由于这些得到的分离的发射-接收信号对已经通过多普勒频移评估过程获得，因此可以从存储器中调用这些值(假设他们先前存储在存储器中)；在其他实施例中，可以在选择频移假设之后执行应用所选择的频移假设和解混步骤。然后，分离的发射-接收信号对可以用于提供高分辨率波束成形图像，这可以导致对目标物体参数的精确评估，例如速度、目标范围和目标角度(或到达角度)。
速度可以是目标物体18相对于车辆雷达系统10的速度。在一个实施例中，车辆雷达系统10包括在主车辆100(图1)中，并且通过使用各种车辆传感器，可以确定主车辆速度。例如，可以基于车辆100和目标物体18的相对速度来确定目标物体18的绝对速度(或相对于地面的速度)。各种多普勒频移等式可用于确定目标物体的速度，并且包含所选择的频移假设，调制信号(或编码发射信号)的频率，和/或观察到的接收信号的频率(他们的编码或解码形式)，以及各种其他信息。例如，可以通过在雷达系统10处处理接收信号来确定到达角信息，范围和/或其他空间信息。在一个实施例中，可以使用MIMO角分辨率技术来确定雷达系统10和目标物体18之间的角度。例如，可以通过例如对来自所有发射/接收组合的解码符号cn，l进行波束成形来评估目标角度。
在计算目标物体的速度之后，可以将速度发送到其他车辆系统模块(VSM)，例如ECU 120、车载计算机130和/或其他VSM 140。另外，角度和范围信息可以与目标物体的速度一起被发送到其他VSM。该信息可用于各种车辆操作，例如向车辆操作者或乘客提供通知和/或执行各种半自动或全自动车辆功能。方法200可以在此时结束或循环返回以继续执行。
应理解，前面的描述不是本发明的定义，而是对本发明的一个或多个优选示例性实施例的描述。本发明不限于文中公开的特定实施例，而是仅由下面的权利要求限定。此外，前面描述中包含的陈述涉及特定实施例，并且不应被解释为对本发明范围或权利要求中使用的术语的定义的限制，除非以上明确定义术语或短语。对于本领域技术人员来说，各种其他实施例以及对所公开的实施例的各种改变和修改将是显而易见的。例如，步骤的特定组合和顺序仅是一种可能性，因为本方法可以包括步骤的组合，其具有比文中示出的步骤更少、更多或不同的步骤。所有这些其他实施例，改变和修改旨在落入所附权利要求的范围内。
如在本说明书和权利要求中所使用的，术语“例如”、“例如”、“例如”、“诸如”和“等”，并且动词“包含”、“具有”、“包括”和其他动词形式，当与一个或多个组件或其他项目的列表结合使用时，每个都被解释为开放式的，这意味着该列表不应被视为排除其他、额外组件或项目。其他术语应使用其最广泛的合理含义来解释，除非他们用于需要不同解释的上下文中。此外，术语“和/或”应被解释为包含性的“或”。作为实施例，短语“A、B和/或C”包括：“A”；“B”；“C”；“A和B”；“A和C”；“B和C”；和“A、B和C”。

Claims (10)

1.一种使用车辆雷达系统评估多普勒频移的方法，所述车辆雷达系统包括具有多个发射天线的发射天线阵列和具有多个接收天线的接收天线阵列，所述方法包括以下步骤：
从发射器接收调制信号MS1；
将所述调制信号MS1与代码序列C1-CN混合以产生多个编码发射信号Tx1-TxN，所述代码序列C1-CN包括用于所述发射天线阵列中的所述多个发射天线中的每一个的至少一个单独代码；
利用所述发射天线阵列发射所述多个编码发射信号Tx1-TxN；
利用所述接收天线阵列接收多个接收信号Rx1-RxM，所述多个接收信号Rx1-RxM包括用于所述接收天线阵列中的所述多个接收天线中的每一个的至少一个编码接收信号；
将所述多个编码接收信号Rx1-RxM与所述代码序列C1-CN解混以产生多个解码偏移信号D1,1-DM,N，所述多个解码偏移信号D1,1-DM,N包括用于所述多个编码接收信号Rx1-RxM中的每一个的至少N个数量的解码偏移信号；
将多个频移假设ω1-ωL应用于所述多个解码偏移信号D1,1-DM,N，以获得多个解码假设信号F1,1,1-FM,N,L，所述多个解码假设信号F1,1,1-FM,N,L包括用于所述多个解码偏移信号D1,1-DM,N中的每一个的至少L个数量的解码假设信号；
评估所述多个解码假设信号F1,1,1-FM,N,L以确定哪个频移假设ω1-ωL最准确地表示所述多普勒频移；以及
选择所述多个频移假设ω1-ωL中的一个以解决所述多普勒频移，其中所述频移假设的选择基于所述评估，
其中所述混合步骤还包括使用所述发射器中的一个或多个混频器将所述调制信号MS1与所述代码序列C1-CN混频以产生所述多个编码发射信号Tx1-TxN，所述多个编码发射信号Tx1-TxN中的每一个被提供给所述发射天线阵列中的单独发射天线，
其中所述解混步骤还包括：使用接收器中的一个或多个频率解混器将所述多个接收信号与所述代码序列C1-CN解混，以产生所述多个解码偏移信号D1,1至DM,N，所述多个解码偏移信号D1,1至DM,N中的每一个被提供给频移评分组件中的混频器，所述频移评分组件将多个频移假设应用于所述解码偏移信号，
其中所述评估步骤还包括通过计算所述多个频移假设ω1-ωL中的每一个的分数来评估所述多个解码假设信号F1,1,1-FM,N,L，其中每个分数表示特定频移假设准确评估所述多普勒频移的可能性，其中计算所述分数还包括对包括与特定接收天线和特定频移假设相关联的所述解码假设信号F1,1,1-FM,N,L的被积函数进行积分，并对所述积分信号进行求和以获得具有复数值的分数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述代码序列C1-CN包括多个正交的代码，当所述多个正交代码在一段时间内逐位相乘时，将这个逐位乘法的乘积加在一起，总和等于零。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个正交代码包括多个Gold代码。
4.根据权利要求1所述的方法，其中对所述解码假设信号F1,1,1-FM,N,L进行积分还包括使用以下等式：
Figure FDA0004034695800000021
其中cn，l是第n个发射代码和第l个频移假设(ωl)的相关值，ωl是频移假设，ym(t)表示第m个接收天线处的接收信号，xn(t)表示来自第n个发射天线的第n个编码发射信号，t是时间，T是整个代码序列的时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述分数还包括：由具有所述复数值的所述分数获得绝对值，并将所述绝对值指定为所述分数。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
计算目标物体的速度，其中所述目标物体速度计算使用所选择的频移假设来校正所述多普勒频移。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
将目标物体参数提供给执行自主或半自主车辆功能的车辆系统模块(VSM)，其中所述目标物体参数已经利用所选择的频移假设修改以校正所述多普勒频移。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述车辆雷达系统是多输入多输出(MIMO)雷达系统，其指向车辆前方的区域，并且包括发射器、具有三个或更多个发射天线的发射天线阵列、具有三个或更多个接收天线的接收天线阵列和接收器。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：
基于分离的发射-接收信号对获得波束形成图像，其中基于所选择的频移假设获得每个所述分离的发射-接收信号对，其中所述接收信号Rx1至RxM被所选择的频移假设移位，并通过将所述接收信号Rx1至RxM与所述代码C1至CN解混来分离，以获得所述分离的发射-接收信号对，并且其中所述方法还包括基于所述波束形成图像计算目标对象参数的步骤。
10.一种用于解决多普勒频移的车辆雷达系统，所述车辆雷达系统被安装在主车辆上并包括：
具有一个或多个混频器的发射器，所述发射器被配置为提供多个编码发射信号Tx1-TxN，其包括与代码序列C1-CN混合的调制信号MS1；
具有耦合到所述发射器的多个发射天线的发射天线阵列，所述发射天线阵列被配置为从所述发射器接收所述多个编码发射信号Tx1-TxN，使得所述代码序列C1-CN包括用于所述多个发射天线中的每一个的至少一个单独代码；
具有多个接收天线的接收天线阵列，所述接收天线阵列被配置为提供多个接收信号Rx1-RxM；以及
具有耦合到所述接收天线阵列的一个或多个频率解混器的接收器，其中所述接收器被配置为：
将所述多个接收信号Rx1-RxM与所述代码序列C1-CN解混以产生多个解码偏移信号D1,1-DM,N，所述多个解码偏移信号D1,1-DM,N包括用于所述多个接收信号Rx1-RxM中的每一个的至少N个数量的解码偏移信号；
将多个频移假设ω1-ωL应用于所述多个解码偏移信号D1,1-DM,N，以获得多个解码假设信号F1,1,1-FM,N,L，所述多个解码假设信号F1,1,1-FM,N,L包括用于所述多个解码偏移信号D1,1-DM,N中的每一个的至少L个数量的解码假设信号；
评估所述多个解码假设信号F1,1,1-FM,N,L，以确定哪个频移假设ω1-ωL最准确地表示所述多普勒频移；以及
选择所述多个频移假设ω1-ωL中的一个来解决所述多普勒频移，其中所述频移假设的选择基于所述评估，
其中所述混合步骤还包括使用所述发射器中的一个或多个混频器将所述调制信号MS1与所述代码序列C1-CN混频以产生所述多个编码发射信号Tx1-TxN，所述多个编码发射信号Tx1-TxN中的每一个被提供给所述发射天线阵列中的单独发射天线，
其中所述解混步骤还包括：使用接收器中的一个或多个频率解混器将所述多个接收信号与所述代码序列C1-CN解混，以产生所述多个解码偏移信号D1,1至DM,N，所述多个解码偏移信号D1,1至DM,N中的每一个被提供给频移评分组件中的混频器，所述频移评分组件将多个频移假设应用于所述解码偏移信号，
其中所述评估步骤还包括通过计算所述多个频移假设ω1-ωL中的每一个的分数来评估所述多个解码假设信号F1,1,1-FM,N,L，其中每个分数表示特定频移假设准确评估所述多普勒频移的可能性，其中计算所述分数还包括对包括与特定接收天线和特定频移假设相关联的所述解码假设信号F1,1,1-FM,N,L的被积函数进行积分，并对所述积分信号进行求和以获得具有复数值的分数。
CN201910113301.8A 2018-02-15 2019-02-13 解决多普勒频移的车辆雷达系统及其使用方法 Active CN110161504B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/897333 2018-02-15
US15/897,333 US10754008B2 (en) 2018-02-15 2018-02-15 Vehicle radar system that addresses doppler frequency shift and method of using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110161504A CN110161504A (zh) 2019-08-23
CN110161504B true CN110161504B (zh) 2023-05-02

Family

ID=67482254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910113301.8A Active CN110161504B (zh) 2018-02-15 2019-02-13 解决多普勒频移的车辆雷达系统及其使用方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10754008B2 (zh)
CN (1) CN110161504B (zh)
DE (1) DE102019103684A1 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108713154B (zh) * 2016-02-29 2022-04-15 三菱电机株式会社 雷达装置
KR102628655B1 (ko) * 2018-06-29 2024-01-24 삼성전자주식회사 레이더 구동 장치 및 방법
US11092686B2 (en) * 2018-09-19 2021-08-17 Steradian Semiconductors Private Limited Method, apparatus and device for doppler compensation in a time switched MIMO radar system
DE102018124503A1 (de) * 2018-10-04 2020-04-09 HELLA GmbH & Co. KGaA Radarsystem für ein Fahrzeug
US10996326B2 (en) * 2018-11-13 2021-05-04 GM Global Technology Operations LLC Generation of a family of orthogonal signals for a CDMA radar system
CN112578341A (zh) * 2019-09-30 2021-03-30 华为技术有限公司 一种信号发送方法、信号处理方法及装置
US10812154B1 (en) * 2019-10-22 2020-10-20 Semiconductor Components Industries, Llc MIMO radar with receive antenna multiplexing
DE102019133977A1 (de) * 2019-12-11 2021-06-17 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zur Ermittlung von wenigstens einer Objektinformation wenigstens eines Objektes, das mit einem Radarsystem erfasst wird und Radarsystem
US11525908B2 (en) * 2020-02-13 2022-12-13 Nxp B.V. Radar apparatuses and methods involving determination of velocity of an object
WO2021251902A1 (en) * 2020-06-12 2021-12-16 Nanyang Technological University Radar device and method for performing radar detection
CN111999703B (zh) * 2020-07-16 2023-10-24 南京航空航天大学 频控阵mimo雷达通信一体化系统射频辐射控制方法
WO2022047505A1 (en) * 2020-08-31 2022-03-03 Joby Aero, Inc. Radar odometry system and method
US20220120884A1 (en) * 2020-10-16 2022-04-21 Texas Instruments Incorporated Non-uniform multi-dimensional data access for radar data processing
EP4012446B1 (en) * 2020-12-11 2024-03-20 Nxp B.V. A radar processor
US11860297B2 (en) * 2021-03-08 2024-01-02 GM Global Technology Operations LLC High resolution unambiguous radar
US11796671B2 (en) * 2021-03-08 2023-10-24 GM Global Technology Operations LLC Transmission scheme for implementing code division multiple access in a radar system
CN113625260B (zh) * 2021-07-22 2023-11-21 北京理工大学 三维速度测量系统和方法
CN115733523A (zh) * 2021-08-27 2023-03-03 维沃移动通信有限公司 传输方法、装置、设备及计算机存储介质
CN114137508B (zh) * 2022-01-29 2022-04-26 南京隼眼电子科技有限公司 运动目标速度解模糊方法、装置、电子设备及存储介质

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5493269A (en) * 1991-09-20 1996-02-20 C.A.R.E., Inc. Vehicular safety sensor and warning system
JP4045043B2 (ja) * 1999-02-24 2008-02-13 本田技研工業株式会社 レーダ装置
CN101357068B (zh) * 2008-09-12 2010-12-08 华南理工大学 基于正交多频超声稳态回波信号的成像方法与装置
US8238490B2 (en) * 2009-02-25 2012-08-07 Mediatek Inc. Method and circuit for determining a Doppler shift of a signal
US20100250132A1 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Optimal coding of gps measurements for precise relative positioning
WO2012099484A1 (ru) * 2011-01-20 2012-07-26 Matsur Igor Yurievich Способ обнаружения, идентификации и определения скорости движения транспортного средства и устройство для его осуществления
DK2724175T3 (en) * 2011-06-21 2015-08-17 Kapsch Trafficcom Ag Method and device for detection of a rotating wheels
JP6017576B2 (ja) * 2011-10-19 2016-11-02 ヴェラゾニックス，インコーポレーテッド 平面波送信を使用するベクトルドップラーイメージングのための推定及び表示
US9285468B2 (en) 2012-07-12 2016-03-15 GM Global Technology Operations LLC Extended angular resolution in sensor arrays using secondary echoes
US9733350B2 (en) 2014-07-03 2017-08-15 GM Global Technology Operations LLC Vehicle radar control
EP3164859B1 (en) 2014-07-03 2022-08-31 GM Global Technology Operations LLC Vehicle radar methods and systems
EP3164733A4 (en) 2014-07-03 2018-05-23 GM Global Technology Operations LLC Vehicle radar methods and systems
US9720072B2 (en) * 2014-08-28 2017-08-01 Waymo Llc Methods and systems for vehicle radar coordination and interference reduction
US9541638B2 (en) * 2014-11-11 2017-01-10 Nxp B.V. MIMO radar system
CN106899316B (zh) * 2015-12-17 2019-05-31 中国航天科工集团八五一一研究所 多天线天基ais接收机
EP3260875A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-27 TASS International Software and Services B.V. An automotive testing method, system and computer program product
JP6970936B2 (ja) * 2016-12-20 2021-11-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 物体検出装置、物体検出プログラム、および記録媒体
US10598764B2 (en) * 2017-10-30 2020-03-24 Yekutiel Josefsberg Radar target detection and imaging system for autonomous vehicles with ultra-low phase noise frequency synthesizer
US10739784B2 (en) * 2017-11-29 2020-08-11 Qualcomm Incorporated Radar aided visual inertial odometry initialization
US10935650B2 (en) * 2017-12-22 2021-03-02 Waymo Llc Radar based three dimensional point cloud for autonomous vehicles

Also Published As

Publication number Publication date
CN110161504A (zh) 2019-08-23
US20190250249A1 (en) 2019-08-15
DE102019103684A1 (de) 2019-08-22
US10754008B2 (en) 2020-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110161504B (zh) 解决多普勒频移的车辆雷达系统及其使用方法
US10830869B2 (en) Vehicle radar system and method of calibrating the same
US10852393B2 (en) Method of calibrating a radar system
CN110100188B (zh) 针对扩展雷达系统的时间和频率同步
US11215692B2 (en) FMCW radar with additional AM for interference detection
CN110579763B (zh) 使用数字多脉冲重复频率来解决雷达中的多普勒模糊
EP3179266B1 (en) Residue cancellation for automated vehicle mimo radar
US10690743B2 (en) Doppler measurements to resolve angle of arrival ambiguity of wide aperture radar
US11209523B2 (en) FMCW radar with interference signal rejection
KR20190096291A (ko) 위상을 보정하는 레이더 감지
US10656248B2 (en) Radar post processing for sidelobe suppression
US10627481B2 (en) Multi-resolution doppler processing
CN110431436B (zh) 求取至少一个目标的径向相对加速度的方法和雷达设备
US10187134B1 (en) Tx beamformer in MIMO radar
JP2007232383A (ja) 電子走査式レーダ装置
EP4009074A1 (en) Co-prime coded (cpc) doppler division multiplexing (ddm) mimo radar method and system
EP3865900A1 (en) Radar apparatuses and methods involving determination of velocity of an object
JP2016151424A (ja) レーダ装置
US20140028490A1 (en) Motion parameter estimating method, angle estimating method and determination method
CN111630406A (zh) 使用机动车辆雷达系统的不同传输器的相位编码fmcw斜坡进行改善目标分离的方法
US20240111019A1 (en) MIMO Channel Extenders with Associated Systems and Methods
CN110531349B (zh) 用于包括tdma的物体检测的相位校正
JP2016125945A (ja) レーダ信号処理装置およびレーダ装置
Bialer et al. T x beamformer in MIMO radar
EP4184196A1 (en) Phase modulated continuous wave radar system that uses velocity labeled multiplexing for generating

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant