CN110618406B - 用于补偿雷达信道长度变化的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了补偿雷达信道长度变化的方法和设备。方法包括：从发送器发送信号，确定各个接收器对发送信号的响应，并且存储确定的响应；对于存储响应中的各存储响应，计算发送信号的路径长度；对于各个发送器，确定并存储在发送器与各接收器之间的路径长度的中间接收路径差；对于接收器中的各接收器，确定并存储在接收器与各发送器之间的路径长度的中间发送路径差；以及通过对要由发送器发送的信号或由接收器接收的信号执行频移或时间延迟，补偿中间接收路径差和中间发送路径差。

Description

用于补偿雷达信道长度变化的方法和设备
技术领域
与示例性实施例一致的设备和方法涉及多信道雷达。更具体地，与示例性实施例一致的设备和方法涉及具有能够变化的信道长度的多信道雷达。
发明内容
一个或多个示例性实施例提供了校准并补偿雷达信道的方法和设备。更具体地，一个或多个示例性实施例提供了校准并补偿雷达的发送和接收信道这两者处的信道长度变化的方法和设备。
根据示例性实施例的方面，提供了一种补偿雷达信道长度变化的方法。该方法包括：对于N个发送器中的各发送器，从发送器发送信号，确定M个接收器对发送信号的响应，并且存储确定的响应；对于MxN个存储响应中的各存储响应，计算与存储响应对应的发送信号的路径长度；对于N个发送器中的各发送器，确定在发送器与M个接收器中的各接收器之间的路径长度的中间差，并且存储确定的中间接收路径差；对于M个接收器中的各接收器，确定在接收器与N个发送器中的各发送器之间的路径长度的中间差，并且存储确定的中间发送路径差；以及通过对要由发送器发送的信号或由接收器接收的反射信号执行频移或时间延迟，补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
确定M个接收器的响应可以包括确定来自信号的飞行时间、振幅以及相位当中的一者或多者，该信号由发送器发送，并且在信号被反射离开参考目标并由接收器接收之后由接收器接收。
补偿中间接收路径差和中间发送路径差可以包括信号时间延迟。
补偿中间接收路径差和中间发送路径差可以包括基于中间接收路径差和中间发送路径差应用校正频移。
补偿中间接收路径差和中间发送路径差可以包括在执行距离快速傅里叶变换之前由与在开窗系数上重叠的单音指数相乘来应用频移。
补偿中间接收路径差和中间发送路径差可以包括使用混频器混频信号，以校正频率。
路径长度可以是信号从发送器行进到参考目标并返回到接收信号的接收器的距离。
根据另一个示例性实施例的方面，提供了一种永久计算机能够读取的介质，该介质包括计算机能够执行的指令，这些指令能够由处理器执行为执行补偿雷达信道长度变化的方法。
根据另一个示例性实施例的方面，提供了一种补偿雷达信道长度变化的设备。设备包括：N个发送器，该N个发送器具有能够变化的信道长度，其中，N大于或等于2；M个接收器，该M个接收器具有能够变化的信道长度，其中，M大于或等于2；至少一个存储器，该至少一个存储器包括计算机能够执行的指令；以及至少一个处理器，该至少一个处理器被配置为读取并执行计算机能够执行的指令。计算机能够执行的指令使得至少一个处理器：对于N个发送器中的各发送器，从发送器发送信号，确定M个接收器对发送信号的响应，并且存储确定的响应；对于MxN个存储响应中的各存储响应，计算与存储响应对应的发送信号的路径长度；对于N个发送器中的各发送器，确定在发送器与M个接收器中的各接收器之间的路径长度的中间差，并且存储确定的中间接收路径差；对于M个接收器中的各接收器，确定在接收器与N个发送器中的各发送器之间的路径长度的中间差，并且存储确定的中间发送路径差；并且通过对要由发送器发送的信号或由接收器接收的反射信号执行频移或时间延迟，补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
计算机能够执行的指令可以使得至少一个处理器通过确定来自信号的飞行时间、振幅以及相位当中的一者或多者，来确定M个接收器的响应，该信号由发送器发送，并且在信号被反射离开参考目标并由接收器接收之后由接收器接收。
计算机能够执行的指令可以使得至少一个处理器通过信号时间延迟来补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
计算机能够执行的指令可以使得至少一个处理器通过基于中间接收路径差和中间发送路径差应用校正频移，来补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
计算机能够执行的指令可以使得至少一个处理器通过在执行距离快速傅里叶变换之前由与在开窗系数上重叠的单音指数相乘应用频移，来补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
计算机能够执行的指令可以使得至少一个处理器通过使用混频器混频信号以校正频率来补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
示例性实施例的其他目的、优点以及新型特征将从示例性实施例的以下具体实施方式和附图变得更清楚。
附图说明
图1示出了根据示例性实施例的、补偿雷达信道长度变化的设备的框图；
图2示出了根据示例性实施例的、用于补偿雷达信道长度变化的方法的流程图；以及
图3示出了根据示例性实施例的方面的、包括具有能够变化的信道长度的接收和发送天线的电路板的图示。
具体实施方式
现在将参照附图中的图1至图3详细描述补偿雷达信道长度变化的设备和方法，在附图中，同样的附图标记自始至终指同样的元件。
以下发明将使得本领域技术人员能够实践发明概念。然而，这里公开的示例性实施例仅是示例性的，并且不将发明概念限于这里描述的示例性实施例。而且，各示例性实施例的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他示例性实施例的方面。
还理解，在这里陈述第一元件“连接到”第二元件、“附接到”第二元件、“形成在”第二元件“上”或“布置在”第二元件“上”的情况下，第一元件可以直接连接到第二元件、直接形成在第二元件上或直接布置在第二元件中，或者可以在第一元件与第二元件之间存在介入元件，除非陈述第一元件“直接”连接到第二元件、附接到第二元件、形成在第二元件上或布置在第二元件上。另外，如果第一元件被配置为“发送”或从第二元件“接收”信息，则第一元件可以直接向第二元件发送信息或从第二元件接收信息，经由总线发送或接收信息，经由网络发送或接收信息，或经由中间元件发送或接收信息，除非第一元件被指示为“直接”向第二元件发送信息或从第二元件接收信息。
贯穿本发明，所公开元件中的一个或多个可以组合成单个装置或组合成一个或多个装置。另外，单独的元件可以设置在单独的装置上。
诸如轿车、货车、运动型多用途车(SUV)、休闲车(RV)、船舶、飞机等的交通工具装配有雷达、成像和/或视觉系统。例如，交通工具可以具有面向交通工具周围的一个或多个区域的雷达发送器和接收器。来自雷达的信息可以用于通过发送射频信号并捕捉所反射的射频信号来感知或捕捉交通工具周围的环境的图像。还可以分析该信息来确定对象和/或其他指示物或关注的存在。
在多信道雷达系统中，期望使阵列中的元件具有均匀响应。均匀性在延迟和衰减上提供相同的响应。在线性调频连续波雷达的一个示例中，延迟的差将同一目标调制到不同的频率上，并且减小处理中的阵列增益。由此，期望补偿这些差并消除它们。
在线性调频连续波雷达中，发送线性频率连续波无线电能量，然后从任意反射对象接收。线性频率连续波的发送信号由于调制信号而在固定时间段期间在频率上上下变化。接收信号与发送信号之间的频差随着延迟并因此随着距离增大。被目标反射的信号然后与发送信号混频，以产生将在解调之后给出目标的距离的差拍信号。
图1示出了根据示例性实施例的、补偿雷达信道长度变化的设备100的框图。如图1所示，根据示例性实施例，设备包括控制器101、电源102、储存器103、发送器104以及接收器105。然而，根据示例性实施例的补偿雷达信道长度变化的设备100不限于前面提及的配置，而是可以被配置为包括另外的元件和/或省略前面提及元件中的一个或多个。补偿雷达信道长度变化的设备100可以被实施为交通工具的一部分或被实施为独立部件。
控制器101控制补偿雷达信道长度变化的设备100的整体操作和功能。控制器101可以控制补偿雷达信道长度变化的设备100的电源102、储存器103、发送器104以及接收器105中的一者或多者。控制器101可以包括来自处理器、微处理器、中央处理单元、图形处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、状态机、电路以及硬件、软件和固件部件的组合当中的一者或多者。
控制器101被配置为发送和/或从补偿雷达信道长度变化的设备100的电源102、储存器103、发送器104以及接收器105中的一者或多者接收信息。信息可以经由总线或网络来发送和接收，或者可以从根据示例性实施例的补偿雷达信道长度变化的设备100的电源102、储存器103、发送器104以及接收器105中的一者或多者直接读取或向其书写。合适网络连接的示例包括控制器区域网络、面向媒体的系统转移、局部互联网络、局域网以及诸如以太网的其他适当连接。
电源102向根据示例性实施例的补偿雷达信道长度变化的设备100的电源102、储存器103、发送器104以及接收器105中的一者或多者供电。电源102可以包括来自电池、电源插座、电容器、太阳能电池、发电机、风能装置、交流发电机等当中的一者或多者。
储存器103被配置为存储信息并检索由补偿雷达信道长度变化的设备100使用的信息。储存器103可以由控制器101控制为存储并检索与反射离开目标的信号对应的信息以及补偿信息。与反射离开目标的信号对应的信息可以包括来自路径长度、时间、频率、相位以及振幅当中的一者或多者。补偿信息是用于补偿中间接收路径差和中间发送路径差的信息。储存器103还可以包括计算机指令，这些指令被配置为由处理器执行为执行补偿雷达信道长度变化的设备100的功能。
储存器103可以包括来自软盘、光盘、光盘只读存储器、磁光盘、只读存储器、随机存取存储器、可擦可编程只读存储器、电可擦可编程只读存储器、磁或光卡、闪存、高速缓冲存储器以及其他类型的介质/适于存储机器可执行指令的机器可读介质当中的一者或多者。
补偿雷达信道长度变化的设备100的发送器104可以包括向目标发送信号的多个发送天线。信号可以是线性调频连续波雷达信号。多个发送天线可以具有能够变化的信道长度。线性调频连续波雷达信号可以借助多个发送天线中的每一个来发送。发送的线性调频连续波雷达信号可以在连续时间中简化为：
其中，fc是单位为Hz的雷达的载波频率，并且α是单位为Hz/秒的扫频斜率，是单位为时间长度的窗口T[秒]。这描述了瞬时频率在时间上线性增大的时限信号。
补偿雷达信道长度变化的设备100的接收器105可以包括接收反射离开目标的信号的多个接收天线。信号可以是线性调频连续波雷达信号。线性调频连续波雷达信号可以在多个接收天线中的每一个中接收。多个接收天线可以具有能够变化的信道长度。信号然后由与发送信号相乘来降频转换，并且在模数转换器中采样。所接收信号包含到目标的双向时间延迟，并且在与发送信号相乘时，该时间延迟借助频率偏移来测量，该频率偏移可以被表达为：
其中，f0[Hz]是所观察的频移，τ0[秒]是到目标的双向时间延迟，R0[m]是到目标的距离，并且c[m/秒]是光的速度。
补偿雷达信道长度变化的设备100的控制器101可以被配置为：对于多个发送器中的各发送器，从发送器发送信号，确定多个接收器对发送信号的响应，并且存储确定的响应；对于多个存储响应中的各存储响应，计算与存储响应对应的发送信号的路径长度；对于多个发送器中的各发送器，确定在发送器与多个接收器中的各接收器之间的路径长度的中间差，并且存储确定的中间接收路径差；对于多个接收器中的各接收器，确定在接收器与多个发送器中的各发送器之间的路径长度的中间差，并且存储确定的中间发送路径差；并且通过对要由发送器发送的信号或由接收器接收的反射信号执行频移或时间延迟，补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
补偿雷达信道长度变化的设备100的控制器101可以被配置为通过确定来自信号的飞行时间、振幅以及相位当中的一者或多者，来确定M个接收器的响应，该信号由发送器发送，并且在信号被反射离开参考目标并由接收器接收之后由接收器接收。
补偿雷达信道长度变化的设备100的控制器101可以被配置为通过信号时间延迟来补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
补偿雷达信道长度变化的设备100的控制器101可以被配置为通过基于中间接收路径差和中间发送路径差应用校正频移，来补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
补偿雷达信道长度变化的设备100的控制器101可以被配置为通过在执行距离快速傅里叶变换之前由与在开窗系数上重叠的单音指数相乘应用频移，来补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
补偿雷达信道长度变化的设备100的控制器101可以被配置为通过使用混频器混频信号以校正频率来补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
图2示出了根据示例性实施例的、补偿雷达信道长度变化的方法的流程图。图2的方法可以由补偿雷达信道长度变化的设备100来执行，或者可以被编码到计算机能够读取的介质中，作为能够由计算机执行为执行方法的指令。
参照图2的操作S210，对于N个发送器中的各发送器，从发送器发送信号，确定M个接收器对发送信号的响应，并且存储确定的响应。具体地，确定来自信号的飞行时间、振幅以及相位当中的一者或多者，该信号由发送器发送，并且在信号被反射离开参考目标并由接收器接收之后由接收器接收。
在操作S220中，对于M x N个存储响应中的各存储响应，计算与存储响应对应的发送信号的路径长度。在这种情况下，路径长度是信号从发送器行进到参考目标并返回到接收信号的接收器的距离。
在操作S230中，对于N个发送器中的各发送器，确定在发送器与M个接收器中的各接收器之间的路径长度的中间差，并且存储确定的中间接收路径差。
在操作S240中，对于M个接收器中的各接收器，确定在接收器与N个发送器中的各发送器之间的路径长度的中间差，并且存储确定的中间发送路径差。
在操作S250中，通过对要由发送器发送的信号或由接收器接收的反射信号执行频移或时间延迟，补偿中间接收路径差和中间发送路径差。
补偿中间接收路径差和中间发送路径差可以包括信号时间延迟。而且，补偿中间接收路径差和中间发送路径差可以包括基于中间接收路径差和中间发送路径差应用校正频移。另外，补偿中间接收路径差和中间发送路径差可以包括基于中间接收路径差和中间发送路径差应用校正频移。
图3示出了根据示例性实施例的方面的、具有均匀和能够变化的信道长度的发送天线布局的图示。
参照图3，以第一布局300布置在电路板上的多个发送器天线302具有在发送器天线302与发送器301之间的多个信道303。多个信道303被设计为具有相同长度，由此，增大电路的尺寸，并且使电路板布局300的设计复杂。信道的长度影响雷达信号的发送和反射雷达信号的接收的时间。由此，各种信道的长度的差影响相干波束形成计算，因为借助不同信道发送和接收的信号可能产生不同结果。
类似地，以第二布局305布置在电路板上的多个发送器天线302具有多个能够变化的信道长度304。信道的可变长度影响雷达信号的发送和反射雷达信号的接收的时间。由此，各种接收信道的长度的差影响相干波束形成计算，因为借助不同信道发送和接收的信号可能产生不同结果。补偿雷达信道长度的设备通过补偿信道长度的差来允许各种信道长度，从而允许更灵活的设计参数、电路尺寸的潜在减小、降低的微带损耗、降低的耦合、更容易设计以及更准确的对象检测和成像。
这里公开的过程、方法或算法可以可递送给处理装置、控制器或计算机或由其实施，该处理装置、控制器或计算机可以包括任意现有可编程电子控制装置或专用电子控制装置。类似地，过程、方法或算法可以以许多形式存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，这些形式包括但不限于永久存储在不可写存储介质(诸如只读存储器装置)上的信息和可变地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、光盘、随机存储器装置以及其他磁和光介质)上的信息。过程、方法或算法还可以实施在软件可执行对象中。另选地，过程、方法或算法可以整体或部分使用合适的硬件部件来具体实施，这些硬件部件诸如专用集成电路、现场可编程门阵列、状态机、控制器或其他硬件部件或装置、或硬件、软件和固件部件的组合。
上面已经参照附图描述了一个或多个示例性实施例。上述示例性实施例应仅在描述性意义上考虑，而不是为了限制而考虑。而且，示例性实施例可以在不偏离由以下权利要求限定的发明概念的精神和范围的情况下修改。

Claims (10)

1.一种非暂时性计算机可读介质，包括计算机能够执行的指令，所述指令能够由处理器执行为执行方法，所述方法包括：
对于N个发送器中的各发送器，从所述发送器发送信号，确定M个接收器对所述发送信号的响应，并且存储所述确定的响应；
对于MxN个存储响应中的各存储响应，计算与所述存储响应对应的所述发送信号的路径长度；
对于所述N个发送器中的各发送器，确定在发送器与所述M个接收器中的各接收器之间的所述路径长度的中间值接收路径差，并且存储确定的中间值接收路径差；
对于所述M个接收器中的各接收器，确定在接收器与所述N个发送器中的各发送器之间的所述路径长度的中间值发送路径差，并且存储确定的中间值发送路径差；以及
通过对要由发送器发送的信号或由接收器接收的反射信号执行频移或时间延迟，补偿所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差。
2.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述补偿所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差包括信号时间延迟。
3.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述补偿所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差包括基于所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差应用校正频移。
4.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述补偿所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差包括在执行距离快速傅里叶变换之前由与在开窗系数上重叠的单音指数相乘来应用频移。
5.一种补偿雷达信道长度变化的设备，所述设备包括：
N个发送器，所述N个发送器具有能够变化的信道长度，其中，N大于或等于2；
M个接收器，所述M个接收器具有能够变化的信道长度，其中，M大于或等于2；
至少一个存储器，所述至少一个存储器包括计算机能够执行的指令；以及
至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为读取并执行所述计算机能够执行的指令，所述计算机能够执行的指令使得所述至少一个处理器：
对于所述N个发送器中的各发送器，从所述发送器发送信号，确定所述M个接收器对所述发送信号的响应，并且存储所述确定的响应；
对于MxN个存储响应中的各存储响应，计算与所述存储响应对应的所述发送信号的路径长度；
对于所述N个发送器中的各发送器，确定在发送器与所述M个接收器中的各接收器之间的所述路径长度的中间值接收路径差，并且存储确定的中间值接收路径差；
对于所述M个接收器中的各接收器，确定在接收器与所述N个发送器中的各发送器之间的所述路径长度的中间值发送路径差，并且存储确定的中间值发送路径差；并且
通过对要由发送器发送的信号或由接收器接收的反射信号执行频移或时间延迟，补偿所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述计算机能够执行的指令还使得所述至少一个处理器通过确定来自信号的飞行时间、振幅以及相位当中的一者或多者，来确定M个接收器的所述响应，所述信号由所述发送器发送，并且在所述信号被反射离开参考目标并由接收器接收之后由所述接收器接收。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述计算机能够执行的指令还使得所述至少一个处理器通过信号时间延迟来补偿所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差。
8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述计算机能够执行的指令还使得所述至少一个处理器通过基于所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差应用校正频移，来补偿所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差。
9.根据权利要求5所述的设备，其中，所述计算机能够执行的指令还使得所述至少一个处理器通过在执行距离快速傅里叶变换之前由与在开窗系数上重叠的单音指数相乘应用频移，来补偿所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差。
10.根据权利要求5所述的设备，其中，所述计算机能够执行的指令还使得所述至少一个处理器通过使用混频器混频信号以校正频率来补偿所述中间值接收路径差和所述中间值发送路径差。
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