CN110471063A - 通过递归线性调频抽取的最大多普勒展宽 - Google Patents

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Abstract

一种车辆、车辆导航系统和车辆操作方法。系统包括雷达系统和处理器。雷达系统将线性调频信号发射到车辆的环境中并从环境中的物体接收线性调频信号的反射。处理器将反射划分为多个流以获得超过雷达最大多普勒频率的多普勒频率。

Description

通过递归线性调频抽取的最大多普勒展宽
引言
本公开涉及雷达系统的操作，且具体涉及一种为高速物体扩展雷达系统的多普勒范围的方法。
许多车辆包括雷达系统，用于确定车辆环境中物体的参数，例如物体相对于车辆的范围和速度。确定这些参数使得驾驶员或车辆的自主驾驶系统能够采取行动以避免与物体接触。雷达系统通常通过发射一系列线性调频信号来工作，每个信号之后是测量阶段，在测量阶段期间在接收器处接收信号的反射。雷达系统可以确定的最大速度受脉冲重复间隔的持续时间限制，脉冲重复间隔是线性调频信号和测量阶段的组合持续时间。在低速情况下，例如当车辆在停车场、城市环境、慢速交通等环境中，物体的速度在由最大速度限定的速度范围内。然而，在高速情况下，例如在高速公路上，环境中某些物体的速度可能超过最大速度。因此，希望提供一种扩展最大速度范围的方法以便在高速情况下检测高速物体。
发明内容
在一个示例性实施例中，公开了一种车辆操作方法。方法包括在雷达处接收来自车辆环境中的物体的线性调频信号的反射，其中线性调频信号从雷达发射到环境中。反射被划分为多个流以获得超过雷达最大多普勒频率的多普勒频率。
除了这里描述的一个或多个特征之外，该方法还包括响应于外部输入将反射划分为多个流。方法还包括获得多个流中的每一个的频率空间，根据频率空间中的至少一个确定物体的范围，将频率空间组合成组合频率空间，以及根据组合频率空间确定多普勒频率。最大多普勒频率由雷达的脉冲重复频率限定。方法还包括校正多个流之间的相位差从而组合频率空间。方法还包括根据物体的范围和多普勒频率确定物体的参数并基于该参数相对于物体来导航车辆。根据组合频率空间确定多普勒频率还包括确定具有最大强度的频率。
在另一个示例性实施例中，公开了一种车辆导航系统。系统包括雷达系统和处理器。雷达系统将线性调频信号发射到车辆的环境中并从环境中的物体接收线性调频信号的反射。处理器将反射划分为多个流以获得超过雷达最大多普勒频率的多普勒频率。
除了这里描述的一个或多个特征之外，处理器还被构造成响应于外部输入将反射划分为多个流。处理器还被构造成获得多个流中的每一个的频率空间，根据频率空间中的至少一个确定物体的范围，将频率空间组合成组合频率空间，并且根据组合频率空间确定多普勒频率。最大多普勒频率由雷达的脉冲重复频率限定。处理器还被构造成当组合频率空间时校正多个流之间的相位差。处理器还被构造成根据物体的范围和多普勒频率确定物体的参数并基于该参数相对于物体来导航车辆。处理器还被构造成通过确定具有最大强度的频率来根据组合频率空间确定多普勒频率。
在又一个示例性实施例中，公开了一种车辆。车辆包括雷达系统和处理器。雷达系统将线性调频信号发射到车辆的环境中并从环境中的物体接收线性调频信号的反射。处理器被构造成将反射划分为多个流以获得超过雷达最大多普勒频率的多普勒频率。
除了这里描述的一个或多个特征之外，处理器还被构造成响应于外部输入将反射划分为多个流。处理器还被构造成获得多个流中的每一个的频率空间，根据频率空间中的至少一个确定物体的范围，将频率空间组合成组合频率空间，并且根据组合频率空间确定多普勒频率。处理器还被构造成当组合频率空间时校正多个流之间的相位差。处理器还被构造成根据物体的范围和多普勒频率确定物体的参数并基于该参数相对于物体来导航车辆。处理器还被构造成通过确定具有最大强度的频率来根据组合频率空间确定多普勒频率。
通过结合附图，从以下详细描述中本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
其他特征、优点和细节仅作为示例出现在以下详细描述中，该详细描述参考附图，其中：
图1示出了包括雷达系统的车辆，该雷达系统适于确定目标或物体相对于车辆的相对速度；
图2示出了为雷达系统选择处理操作的流程图；
图3示出了适用于图1的雷达系统的采样序列以及使用本文公开的方法获得的有效脉冲重复间隔。
图4示出了在标准处理方法期间操作雷达系统的采样间隔和适用于使用本文公开的方法进行参数检测的示例性采样间隔；
图5示出了根据一个实施例的用于扩展雷达系统的多普勒范围的流程图；以及
图6示出了使用雷达系统的常规操作和使用本文公开的方法来扩展多普勒频率所获得的多普勒频率的对照。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开及其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
根据本公开的示例性实施例，图1示出了车辆100，例如汽车，其包括适于确定目标或物体104相对于车辆100的相对速度的雷达系统102。在图1所示的实施例中，雷达系统102包括发射器106和接收器108。在另选的实施例中，雷达系统102可以是多输入多输出(MIMO)雷达系统，其包括发射器阵列和接收器阵列。雷达系统102控制并操作发射器106以产生射频波(“源信号”120)。在一个实施例中，源信号120包括线性调频连续波(LFM-CW)，通常称为线性调频信号。另选地，源信号120可以是脉冲信号或者脉冲和线性调频信号的组合。来自物体104的源信号120的反射在这里被称为反射信号122。反射信号122在接收器108处被接收，并且雷达系统102对反射信号122进行采样。采样的反射信号被提供给控制单元110。
控制单元110包括处理器，用于对采样信号执行诸如快速傅立叶变换(FFT)的变换以获得频率空间，从而确定反射信号122的范围频率和多普勒频率。范围频率用于确定到物体104的范围或距离，多普勒频率用于估计物体104相对于车辆100的相对速度。然后可以利用物体104相对于车辆100的范围和相对速度的知识来操纵车辆100，例如，通过使车辆100加速或减速或使车辆转向以避开物体104。在一个实施例中，控制单元110与自主驱动系统112配合以控制转向部件和加速/减速部件，从而在车辆100处执行必要的动作通过使用范围和相对速度测量值来避开物体104。在另一个实施例中，控制单元110提供警告车辆100驾驶员的信号，使得驾驶员可以采取必要的行动来避开物体104。
虽然雷达系统102在此被讨论为在车辆100上，但是在另选的实施例中，雷达系统102也可以是不动或静止物体的一部分。相似地，物体104可以是车辆或运动的物体，或者可以是不动或静止的物体。
控制单元110根据外部选择或输入使用不同的方法确定范围和多普勒频率。图2示出了为雷达系统102选择处理操作的流程图200；在判定框202中，对处理方法做出判定。在第一选择的处理方法(框204)中，雷达系统102根据用于获得范围和多普勒测量值的常规或标准方法来操作，其中可以被雷达系统102测出的最大速度(即，最大多普勒频率)与雷达系统102的各种操作参数相关，例如雷达系统102的采样频率或脉冲重复间隔，这在本文中参考图3进行了讨论。超过最大速度的速度被记录为从信号获得的频率空间内的混叠频率。例如混叠频率会导致错误的速度测定。
在第二选择的处理方法(框206)中，雷达系统102通过执行本文所公开的用于扩展雷达系统102的多普勒范围的方法来确定范围和多普勒测量值。换句话说，在雷达系统的常规操作中，雷达系统102可以获得的有效最大速度增加到超过雷达系统的所述最大速度。将有效最大速度增加到超过所述最大速度减少了在产生的频率空间中的混叠效果。可以定期检查车辆100的速度以便改变处理操作来适应车辆100的速度变化。
图3示出了适用于图1的雷达系统102的采样序列300。采样序列300从雷达系统102的发射器发射线性调频(LFM)信号302a、304a、306a。线性调频信号302a、304a、306a的前沿被称为脉冲重复间隔(PRI)的时间间隔分开。脉冲重复间隔包括发射间隔304a和测量间隔304b，在发射间隔304a期间，源信号(例如，线性调频信号304a)被发射到环境中，在测量间隔304b期间，来自环境的源信号的反射被雷达系统102接收并测量。雷达系统102在测量间隔304b期间获得多个样本，即使是连续波雷达，也可以在信号传输间隔期间获得样本。在各种实施例中，反射信号中的样本数量是K，其中K＝2n，但是这并不意味着限制。多个样本被提供给控制单元110的处理器，该处理器执行诸如快速傅立叶变换(FFT)的变换以获得频率空间，根据该频率空间可以确定物体的范围和多普勒频率。
在高速情况下，使用本文所述的方法增加雷达系统的多普勒范围以便记录伴随高速情况的物体的高速。为了增加雷达系统102的多普勒范围，反射信号被分割成多个流，这些流的持续时间相等。在图3的例示性实施例中，线性调频信号302a被分割成第一线性调频信号302a1和第二线性调频信号302a2。第一线性调频信号302a1的持续时间(长度312)等于第二线性调频信号302a2的持续时间，两者都等于原始线性调频信号302a的持续时间(310)的一半。在划分反射信号时，第一流包括由于第一线性调频信号302a1的反射而产生的那些样本，第二流包括由于第二线性调频信号302a2的反射而产生的那些样本。分割减小了反射信号的有效脉冲重复间隔，从而增加了雷达系统可以测量的有效最大速度。新脉冲重复间隔与在时间0.25和0.75达到峰值的新脉冲重复间隔的值是一致的。脉冲重复间隔的持续时间决定了最小可确定的速度。因此，用新脉冲重复间隔确定的最小值是用原始脉冲重复间隔确定的值的0.25倍。虽然图3示出了信号302a被划分为两个流，但这并不意味着限制。在各种实施例中，反射信号可以被分割成M个流，其中M≥2。反射信号包括K个样本。因此，每一个M流都包括K/M个样本。
图4示出了在标准处理方法期间操作雷达系统的采样间隔和适用于使用本文公开的方法进行参数检测的示例性采样间隔。这些图与图3中线性调频信号302a的特定划分相关。图400示出了常规操作的采样，包括在单个脉冲重复间隔期间的信号采样。图400在t＝0微秒、40微秒、80微秒、120微秒……时的峰值与图3中每个脉冲重复间隔的起点相一致。图402示出了通过将采样间隔的数量加倍并将采样间隔的持续时间减半来扩展最大多普勒频率的采样。图402在t＝0微秒、10微秒、40微秒、50微秒、80微秒、90微秒、120微秒、130微秒……时的峰值表示脉冲重复间隔内采样间隔的数量的两倍。峰值的定时被选择来为图3的所选脉冲重复间隔分隔或划分线性调频信号。
图5示出了根据一个实施例的用于扩展雷达系统的多普勒范围的流程图500。在处理器处接收对K个样本的选择。接收器接收作为模拟信号的反射信号，雷达系统102的模数转换器(未示出)将该信号数字化，从而产生提供给处理器的K个样本。在框502中，处理器将K个样本分隔、分割或划分成M个流，而每个流包括K/M个样本。在框504中，对每个流执行变换以便获得每个流的频率空间。频率空间中的主频率表示物体的范围。在一个实施例中，可以在所有频率空间确定物体的范围。一旦确定了范围，那么在框506中单独的流的频率空间被组合成单个频率空间。当频率空间被组合时，单独的流的频率交错在一起。例如，第一频率空间可以包括频率f1A、f2A、…fNA，而第二频率空间包括频率f1B、f2B、…fNB。对更高数量的频率空间执行类似的顺序交错。组合频率空间的频率交错如下：f1A、f1B、f2A、f2B、…fNA、fNB。针对流之间的相位差校正频率。在框508中，组合频率空间用于确定物体的速度的多普勒频率。通过将信号分离成M个样本以确定范围并通过组合频率空间以确定多普勒频率，雷达系统的最大速度比雷达系统的正常运行速度增加了M倍。在框510中，处理器使用范围和多普勒参数来检测物体。检测物体可以在过程112(图1)用于相对于环境中的物体来导航车辆(例如)以避免与物体接触。
图6示出了频率空间600，其提供了使用雷达系统的常规操作获得的多普勒频率和使用本文公开的用于扩展多普勒频率的方法所获得的多普勒频率的对照。真实多普勒频率602被示出为具有多个混叠频率604，混叠频率604掩盖了真实多普勒频率602。还示出了使用本文公开的方法获得的包括真实多普勒频率的频率信号610。使用频率信号610，通过定位具有最强、最大或最高强度或幅度的频率可以从混叠频率604中选择真实多普勒频率602。
虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但是本领域技术人员将理解在不脱离其范围的情况下可以进行各种改变并且可以用等同物来替代其元件。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使具体情况或材料适应本公开的教导。因此，本公开不受所公开的具体实施例的限制，并且包括落入本公开的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种车辆操作方法，包括：
在雷达处接收来自所述车辆环境中的物体的线性调频信号的反射，其中所述线性调频信号从所述雷达发射到所述环境中；以及
将所述反射划分为多个流以获得超过所述雷达的最大多普勒频率的多普勒频率。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
获得所述多个流中的每一个的频率空间；
根据所述频率空间中的至少一个确定所述物体的范围；
将所述频率空间组合成组合频率空间；以及
根据所述组合频率空间确定多普勒频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述最大多普勒频率由所述雷达的脉冲重复频率限定。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括校正所述多个流之间的相位差从而组合所述频率空间。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，根据所述组合频率空间确定所述多普勒频率还包括确定具有最大强度的频率。
6.一种车辆导航系统，包括：
雷达系统，其将线性调频信号发射到所述车辆的环境中并从所述环境中的物体接收所述线性调频信号的反射；以及
处理器，其被构造成将所述反射划分为多个流以获得超过所述雷达的最大多普勒频率的多普勒频率。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器还被构造成响应于外部输入将所述反射划分为所述多个流。
8.根据权力要求6所述的系统，其中，所述处理器还被构造成：
获得所述多个流中每一个的频率空间；
根据所述频率空间中的至少一个确定所述物体的范围；
将所述频率空间组合成组合频率空间；以及
根据所述组合频率空间确定多普勒频率。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述处理器还被构造成当组合所述频率空间时校正所述多个流之间的相位差。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述处理器还被构造成通过确定具有最大强度的频率来根据所述组合频率空间确定所述多普勒频率。
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EUGIN HYUN,等: "Multi-Target Detection Algorithm for FMCW Radar", 《IEEE RADAR CONFERENCE》, 31 December 2012 (2012-12-31) *
张大彪 等: "汽车多普勒测速系统", 《汽车电器》 *
张大彪 等: "汽车多普勒测速系统", 《汽车电器》, no. 3, 30 June 2001 (2001-06-30) *

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