CN110531349B - 用于包括tdma的物体检测的相位校正 - Google Patents

用于包括tdma的物体检测的相位校正 Download PDF

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Abstract

说明性示例物体检测系统(20)包括：多个第一发射器(24)，该多个第一发射器(24)在第一时刻分别发射第一信号；多个第二发射器(26)，该多个第二发射器(26)在第二时刻分别发射第二信号；接收信号的多个接收器(28)；以及处理器(30)，该处理器(30)被配置成基于包括被接收信号的矩阵之间的关系来判断接收到的第一信号与接收到的第二信号之间是否存在发射定时相移。

Description

用于包括TDMA的物体检测的相位校正
背景技术
各种场景需要信息处置。例如，雷达系统和无线通信系统包括越空信令(over-the-air signaling)。与这些系统相关联的一个挑战是使用多个信号来增加与检测到的物体有关的信息同时避免由使用多个信号而引起的处理困难。例如，有必要使不同信号正交以使得其能够单独地被检测与处理。实现正交的一种方式涉及时分复用(time divisionmultiplexing,TDMA)，在TDMA中信号发射在时间上被分开。
虽然TDMA可以是用于增加可用于物体检测和分析的信号的数量的有效方法，但是TDMA技术可能引入必须被解决以提供精确的检测信息的信令错误。例如，TDMA可基于发射定时(timing)的差异而引入附加的相移，并且如果该相移未被正确地认识到或者其影响未从接收到的检测信号处理技术中被移除，则该相移可能扭曲物体检测信息。当检测移动物体时，基于TDMA的相移与该移动物体的未知速度有关，这增加了与处理包括这种相移的检测信号相关联的难度。
发明内容
说明性示例物体检测系统包括：在第一时刻分别发射第一信号的多个第一发射器；在第二时刻分别发射第二信号的多个第二发射器；接收信号的多个接收器；以及处理器，该处理器被配置成基于包括接收到的信号的矩阵之间的关系判断在接收到的第一信号与接收到的第二信号之间是否存在发射定时相移。
说明性示例物体检测方法包括：在第一时刻从多个第一发射器发射第一信号；在第二时刻从多个第二发射器发射第二信号；在多个接收器处接收信号；以及基于包括接收到的信号的矩阵之间的关系来判断在接收到的第一信号与接收到的第二信号之间是否存在发射定时相移。
通过以下具体实施方式，至少一个公开的示例实施例的各种特征和优点对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以被简要描述如下。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的实施例设计的物体检测系统。
图2是概述了根据本发明的实施例设计的示例技术的流程图。
图3示意性地示出了在本发明的实施例中有用的矩阵。
具体实施方式
当使用时分复用(time division multiplexing,TDMA)来发射诸如雷达之类的信号时，本发明的实施例允许进行有效的且精确的物体检测。由TDMA引入的任何相移可以被检测到并基于确定出包括接收到的信号的矩阵之间的关系来来有效地从信号处理中移除由TDMA引入的任何相移。在示例实施例中，包括接收到的信号的协方差矩阵的迹(trace)之间的关系指示是否存在TDMA相移并且可以基于该信息对接收到的信号进行处理。
图1示意性地示出了被支持在车辆22上的物体检测系统20。系统20包括在第一时刻发射相应的第一信号的多个第一发射器24。多个第二发射器26在第二时刻分别发射第二信号。使用TDMA来发射第一以及第二信号。在所示的示例实施例中，信号为线性调频连续波信号，诸如，通常用于汽车雷达的那些信号。在一些实施例中使用其它信号类型。
系统20包括多个接收器28，多个接收器28在第一和第二信号被车辆22附近或路径中的物体反射之后接收第一和第二信号。图1示出两个第一发射器24、两个第二发射器26以及四个接收器28，但是所示的实施例包括每一种的更多。系统20的一个示例实施例包括四个第一发射器24、四个第二发射器26以及32个接收器28。
处理器30被配置成对接收到的信号进行处理以作出关于检测到的或跟踪到的物体的确定，诸如，物体的距离、角度以及多普勒速度。处理器30被配置成补偿在接收到的第一信号和接收到的第二信号之间可能存在的发射定时相移。处理器30基于包括接收到的信号的矩阵之间的关系来判断是否存在发射定时相移。
处理器包括至少一个计算设备(诸如，微处理器)和存储器。处理器30可以是专用设备或部件或通过车辆22上的也用于其他目的的现有控制器或处理器的一部分来实现。受益于本说明书的本领域技术人员将认识到处理器、发射器以及接收器的哪种配置将满足他们特定的需求。
图2是概括了使用TDMA来在MIMO雷达中实现信号正交性的示例方法的流程图40。在42处，第一发射器24在第一时刻发射第一信号。在44处，第二发射器发射第二信号。在该示例中，第二信号的第二发射时间在第一发射时间之后。该示例的TDMA技术包括以预定的间隔重复地发射第一和第二信号。
在46处，接收器28接收从物体反射的信号。可以利用以下等式将在接收器28中的任一个处接收到的信号(其可以被考虑为(n,m)接收器阵列元件)表示为延迟发射信号。
Figure GDA0003941618590000031
其中t为离散时间；
Figure GDA0003941618590000032
为分别地包含与检测到的物体的距离、角度、以及速度有关的信息的相位项；并且/>
Figure GDA0003941618590000033
为由于顺序发射器激活而引起的相位项。
等式(1)中所表示的信号中的总的延迟包括四项。这些项中的每一项提供与目标或检测到的物体有关的信息。第一延迟
Figure GDA0003941618590000034
是由于接收器28的阵列的参考点与物体之间的距离而引起的并且能够用来计算物体距离。第二延迟/>
Figure GDA0003941618590000035
是接收器28相对于接收器阵列的参考点的位置的结果。第二延迟/>
Figure GDA0003941618590000036
被用于计算目标角度。第三延迟/>
Figure GDA0003941618590000037
为移动的物体或移动的平台的结果，并且对于确定物体的速度有用。/>
Figure GDA0003941618590000038
延迟是由于TDMA顺序发射器激活而引起的。处理器30被配置成判断是否存在/>
Figure GDA0003941618590000039
并且估计/>
Figure GDA00039416185900000310
以用于恰当的数据分析。
在示例实施例中，TDMA策略包括在第一发射器24的脉冲重复间隔的1/2处激活第二发射器26。这允许
Figure GDA0003941618590000041
由以下等式来表示。
Figure GDA0003941618590000046
其中脉冲重复间隔为2T，λ表示波长并且v为物体的实际数据。以下的等式描述该速度。
v＝vm+lvun,l＝0,±1,±2,… (3)
其中vm是测量目标的速度，vun是最大的明确的可检测到的速度，vun＝λ/(4T)。将等式(3)代入式(2)中,
Figure GDA0003941618590000043
成为：
Figure GDA0003941618590000044
基于等式(4)，可以观察到
Figure GDA0003941618590000045
相项取决于目标的实际速度v而引入0或180度的相移。由于目标的速度不是先验的，因此处理器30被配置成估计该相移以用于适当的数据分析。
在图2中，处理器在48处确定包括接收到的第一信号的参考协方差矩阵。图3在50处示意性地示出了接收到的信号。该图示包括256个接收到的信号，该256个接收到的信号表示三十二个接收器28中的每一个从四个第一发射器24中的每一个接收经反射的第一信号以及从四个第二发射器26中的每一个接收经反射的第二信号。接收到的第一信号被包括在框52中所封围的参考组中。在该示例中，来自单个第一发射时间的接收到的第一信号中的所有被包括在该参考组中。处理器30使用参考组52中的第一信号来确定参考协方差矩阵。
在图2中的54处，处理器确定包括接收到的第一信号中的至少一些以及接收到的第二信号中的至少一些的未修正的协方差矩阵。在该示例中，被封围在图3中的框56中的接收到的第一信号组被包括在未修正的协方差矩阵中。该组56是接收到的第一信号的子集并且可由Y1表示。未修正的协方差矩阵也包括被封围在框58中的接收到的第二信号组。该第二信号组是接收到的第二信号中的所有的子集并且可由Y2表示。在该示例中，未修正的协方差矩阵可由矩阵[Y1,Y2]的Rxy来表示。
在图2中的60处，处理器30使用Y1中的第一信号以及第二信号组58的经修正的版本来确定经修正的协方差矩阵。在该示例中，处理器30通过对组58中的第二信号中的每一个乘以-1来确定组58中的第二信号的经修正的值。该组经修正的值可被表示为-Y2。在60处确定的经修正的协方差矩阵可由矩阵[Y1,-Y2]的Rxy’来表示。
在该示例中，由于
Figure GDA0003941618590000051
为指数函数的一部分，因此经修正的协方差矩阵包括使用-1作为应用于组58中的接收到的第二信号的因子。因此，如果不存在发射定时相移，则欧拉公式(Euler's identity)指示接收到的信号实际上被乘以1，并且如果存在这种相移，则欧拉公式指示接收到的信号实际上被乘以-1(即，/>
Figure GDA0003941618590000052
)。
在62处，处理器30确定协方差矩阵的相应的迹。处理器将协方差矩阵之间的关系用作用于判断是否存在TDMA或发射相移φS的基础。
N x N方阵X的协方差矩阵被定义为RXX且其迹可以以已知方法来被计算：
Figure GDA0003941618590000053
在该示例中，在64处，处理器30判断Rxy或Rxy’中的哪个更相似于参考协方差矩阵。在66处，处理器30基于哪个迹更相似于参考协方差矩阵的迹来判断是否存在TDMA相移。若经修正的协方差矩阵的迹更相似于参考协方差矩阵的迹，则指示确实存在发射定时相移。若相反的，未修正的协方差矩阵的迹更相似于参考协方差矩阵的迹，则指示不存在发射定时相移。
在68处，处理器30被配置成基于考虑(account for)发射定时相移
Figure GDA0003941618590000054
的存在或不存在的技术来处理接收到的信号。在该示例中，当无相移时，消除等式(1)的第四相项并且没有/>
Figure GDA0003941618590000055
的情况下进行信号处理来确定物体的距离、角度以及多普勒速度另一方面，当存在
Figure GDA0003941618590000056
时，处理器包括180度移值以用于等式(1)的/>
Figure GDA0003941618590000057
示例实施例促进使用经济有效的TDMA信令技术，而不存在难度或以其他方式与引入信号之间的TDMA相移相关联的误差。所公开的系统和方法能有效地且精确地改善物体检测和跟踪。
以上描述本质上是示例性的，而不是限制性的。对所公开的示例的不一定背离本发明的实质的变化和修改对于本领域技术人员而言可变得显而易见。赋予本发明的法律保护范围仅能通过研究所附权利要求书来确定。

Claims (16)

1.一种物体检测系统(20)，包括：
多个第一发射器(24)，所述多个第一发射器(24)在第一时刻分别发射第一雷达信号；
多个第二发射器(26)，所述多个第二发射器(26)在第二时刻分别发射第二雷达信号；
多个接收器(28)，所述多个接收器(28)接收所述第一雷达信号和所述第二雷达信号从物体反射后的雷达信号；以及
处理器(30)，所述处理器(30)被配置成通过以下方式判断所述第一雷达信号与所述第二雷达信号之间是否存在发射定时相移：
确定所述第一雷达信号的参考协方差矩阵；
确定未修正的协方差矩阵，其中所述未修正的协方差矩阵包括所述第一雷达信号中的至少一部分以及所述第二雷达信号中的至少一部分；
对所述第二雷达信号中的所述至少一部分乘以-1来确定一组经修正的第二信号值；
确定经修正的协方差矩阵，其中所述经修正的协方差矩阵包括所述第一雷达信号中的所述至少一部分以及所述一组经修正的第二信号值；以及
基于(i)所述参考协方差矩阵的迹与所述未修正的协方差矩阵的迹之间的第一关系以及(ii)所述参考协方差矩阵的迹与所述经修正的协方差矩阵的迹之间的第二关系，来确定是否存在所述发射定时相移。
2.如权利要求1所述的物体检测系统(20)，其特征在于，所述处理器(30)被配置用于：
确定所述参考协方差矩阵的参考迹T；
确定所述未修正的协方差矩阵的迹Tu；
确定所述经修正的协方差矩阵的迹Tm；
基于所述参考迹T与所述迹Tu之间的关系来确定所述参考协方差矩阵的迹与所述未修正的协方差矩阵的迹之间的所述第一关系；以及
基于所述参考迹T与所述迹Tm之间的关系来确定所述参考协方差矩阵的迹与所述经修正的协方差矩阵的迹之间的所述第二关系。
3.如权利要求2所述的物体检测系统(20)，其特征在于，所述处理器(30)被配置用于：
判断所述参考迹T是与所述迹Tu还是与所述迹Tm更相似；以及
基于所述迹Tu或Tm中的哪个更相似于所述参考迹T来判断是否存在所述发射定时相移。
4.如权利要求3所述的物体检测系统(20)，其特征在于，所述处理器(30)被配置用于：
当所述参考迹T更相似于所述迹Tm而不是所述迹Tu时，判定存在所述发射定时相移；以及
当所述参考迹T更相似于所述迹Tu而不是所述迹Tm时，判定不存在所述发射定时相移。
5.如权利要求4所述的物体检测系统(20)，其特征在于，所述处理器(30)被配置成：当存在所述发射定时相移时，使用180°的相移值来处理所述接收到的雷达信号中的至少一些。
6.如权利要求1所述的物体检测系统(20)，其特征在于，
存在四个第一发射器(24)；
存在四个第二发射器(26)；
存在三十二个接收器(28)；
在所述参考协方差矩阵中存在一百二十八个第一雷达信号；
在所述第一雷达信号中的所述至少一部分中存在六十四个第一雷达信号；以及
在所述第二雷达信号中的所述至少一部分中存在六十四个第二雷达信号。
7.如权利要求1所述的物体检测系统(20)，其特征在于，
所述矩阵包括协方差矩阵，其中所述协方差矩阵包括所述接收到的雷达信号中的至少一些；
所述处理器(30)被配置成确定所述协方差矩阵的迹；并且
所述矩阵之间的关系包括所述协方差矩阵的所述迹之间的关系。
8.如权利要求7所述的物体检测系统(20)，其特征在于，所述处理器(30)被配置成：当存在所述发射定时相移时，使用180°的相移值来处理所述接收到的雷达信号中的至少一些。
9.一种物体检测方法，包括：
在第一时刻从多个第一发射器(24)发射第一雷达信号；
在第二时刻从多个第二发射器(26)发射第二雷达信号；
在多个接收器(28)处接收信号；以及
基于包括所接收的雷达信号的矩阵之间的关系并通过以下方式判断所述第一雷达信号与所述第二雷达信号之间是否存在发射定时相移：
确定所述第一雷达信号的参考协方差矩阵；
确定未修正的协方差矩阵，其中所述未修正的协方差矩阵包括所述第一雷达信号中的至少一部分以及所述第二雷达信号中的至少一部分；
对所述第二雷达信号中的所述至少一部分乘以-1来确定一组经修正的第二信号值；
确定经修正的协方差矩阵，其中所述经修正的协方差矩阵包括所述第一雷达信号中的所述至少一部分以及所述一组经修正的第二信号值；以及
基于(i)所述参考协方差矩阵的迹与所述未修正的协方差矩阵的迹之间的第一关系以及(ii)所述参考协方差矩阵的迹与所述经修正的协方差矩阵的迹之间的第二关系，来确定是否存在所述发射定时相移。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括：
确定所述参考协方差矩阵的参考迹T；
确定所述未修正的协方差矩阵的迹Tu；
确定经修正的协方差矩阵的迹Tm；
基于所述参考迹T与所述迹Tu之间的关系来确定所述参考协方差矩阵的迹与所述未修正的协方差矩阵的迹之间的所述第一关系；以及
基于所述参考迹T与所述迹Tm之间的关系来确定所述参考协方差矩阵的迹与所述经修正的协方差矩阵的迹之间的所述第二关系。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，包括：
判断所述参考迹T是与所述迹Tu还是与所述迹Tm更相似；以及
基于所述迹Tu或Tm中的哪个更相似于所述参考迹T来判断是否存在所述发射定时相移。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括：
当所述参考迹T更相似于所述迹Tm而不是所述迹Tu时，判定存在所述发射定时相移；以及
当所述参考迹T更相似于所述迹Tu而不是所述迹Tm时，判定不存在所述发射定时相移。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，包括：当存在所述发射定时相移时，使用180°的相移值来处理所述接收到的雷达信号中的至少一些。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括：
存在四个第一发射器(24)；
存在四个第二发射器(26)；
存在三十二个接收器(28)；
在所述参考协方差矩阵中存在一百二十八个第一雷达信号；
在所述第一雷达信号中的所述至少一部分中存在六十四个第一雷达信号；以及
在所述第二雷达信号中的所述至少一部分中存在六十四个第二雷达信号。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括：
所述矩阵包括协方差矩阵，其中所述协方差矩阵包括所述接收到的雷达信号中的至少一些；
所述方法包括确定所述协方差矩阵的迹；以及
所述矩阵之间的关系包括所述协方差矩阵的所述迹之间的关系。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，包括：当存在所述发射定时相移时，使用180°的相移值来处理所述接收到的雷达信号中的至少一些。
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