CN111373282A - 用于fmcw雷达系统的雷达处理链 - Google Patents

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Abstract

在用于调频连续波雷达系统的雷达处理链的系统和方法中，发射器(102)在所关注区域处发射多个啁啾，每个啁啾包括电磁辐射信号。接收器前端(104)接收每个啁啾的反射电磁辐射并为多个天线中的每个天线处的每个啁啾生成差拍信号样本时间序列。信号处理器(106)通过以下来检测所述所关注区域内的对象：提供每个差拍信号样本时间序列的频域表示作为表示距所述接收器的相应距离的一组距离库的样本值；校正所述组距离库中的每个距离库的所述样本值以为每个距离库提供一组杂波校正样本；以及根据所述杂波校正样本确定所述组距离库的子集中的每个距离库的角频谱。

Description

用于FMCW雷达系统的雷达处理链
技术领域
本发明总体上涉及电气系统，并且更具体地，涉及一种用于调频连续波(FMCW)雷达系统的雷达处理链。
背景技术
一种形式的距离测量雷达基于频率调制，其中将回波信号的频率与发射信号的频率进行比较。这种技术可以用于连续波雷达并用于例如如自适应巡航控制(ACC)、紧急制动、行人检测和360度感测等车辆应用以及如建筑物自动化、人数统计和监视等工业应用中。在这些系统中，以预定方式对载波信号进行频率调制以提供发射到所关注区域的啁啾。可以使用产生表示啁啾的发射与反射的接收之间的时延的频率音调的拍频调制器来连续地将来自所关注区域的所接收反射与所发射啁啾进行比较。这可以根据啁啾的已知频率调制来确定。所反射信号行进的距离可以根据这个时延确定，所述距离是信号已经从其反射的对象距雷达系统的距离的两倍。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了一种用于调频连续波雷达系统的雷达处理链。发射器在所关注区域处发射多个啁啾，每个啁啾包括电磁辐射信号，并且为多个天线中的每个天线处的每个啁啾生成差拍信号样本时间序列。接收器前端接收每个啁啾的所反射电磁辐射。信号处理器通过以下来检测所述所关注区域内的对象：提供每个差拍信号样本时间序列的频域表示作为表示距所述接收器的相应距离的一组距离库(bin)的样本值；校正所述组距离库中的每个距离库的所述样本值以为每个距离库提供一组杂波校正样本；以及根据所述杂波校正样本确定所述组距离库的子集中的每个距离库的角频谱。
根据本公开的另一方面，提供了一种方法。在所关注区域处发射多个啁啾，每个啁啾包括调频连续波电磁辐射信号。在接收器前端处接收每个啁啾之后从所关注区域反射的电磁辐射。将每个啁啾的所接收电磁辐射与所发射啁啾混频以提供差拍信号。对所述差拍信号进行采样以为多个天线中的每个天线处的所述多个啁啾中的每个啁啾提供差拍信号样本时间序列。生成每个差拍信号样本时间序列的频域表示以为每个天线处的每个啁啾提供一组距离库中的每个距离库的样本值，每个距离库表示距所述接收器前端的相关联的距离。校正所述组距离库的所述频域表示以提供一组杂波校正样本，所述组杂波校正样本包含每个距离库的样本和每个天线处的每个啁啾。根据所述杂波校正样本确定所述组距离库的子集的角频谱。从跨所述组距离库的所确定的角频谱中检测所述所关注区域内的任何对象。
根据本公开的又另一方面，提供了一种用于处理雷达回波以检测所关注区域内的对象的方法。为多个天线中的每个天线处的多个啁啾中的每个啁啾生成差拍信号样本时间序列。生成每个差拍信号样本时间序列的频域表示以为每个天线处的每个啁啾提供一组距离库中的每个距离库的样本值，每个距离库表示距雷达传感器的相关联的距离。校正所述组距离库的所述频域表示以提供一组杂波校正样本，所述组杂波校正样本包含每个距离库的样本和每个天线处的每个啁啾。根据所述杂波校正样本确定所述组距离库的子集的角频谱。根据跨所述组距离库的所确定的角频谱确定所述所关注区域内的至少一个对象的位置。将空间波束成形应用于包括所述组距离库中的给定距离库和跨所述多个天线的所述多个啁啾中的给定啁啾的所有杂波校正样本的维空间矢量以为所述给定的距离库和啁啾提供所述距离库的波束成形的信号块。所述给定距离库选自与所述至少一个对象相关联的一组至少一个距离库。将快速傅里叶变换(FFT)应用于所述距离库的所述波束成形的信号块以提供多普勒频谱矢量。从所述多普勒频谱矢量中提取与所述给定距离库相关联的所述至少一个对象中的对象的多普勒信息。
附图说明
图1展示了调频连续波(FMCW)雷达系统；
图2展示了用于处理调频连续波(FMCW)雷达信号的信号处理组件的一个实例；
图3展示了用于监测所关注区域的方法的一个实例；
图4展示了用于处理来自所关注区域的所接收雷达信号的方法的一个实例；并且
图5是展示能够实施图1到4中公开的系统和方法的实例的硬件组件(如图2中所展示的数字信号处理器)的示范性系统的示意性框图。
具体实施方式
雷达处理链在杂波丰富的环境中具有严重的局限性，如确定处于所关注区域中的人类的数量和位置。本文所描述的系统和方法提供了一种雷达信号处理链，所述雷达信号处理链包含杂波移除算法并且允许对调频连续波雷达系统进行高分辨率到达方向(DoA)估计和低复杂度多普勒估计。
图1展示了调频连续波(FMCW)雷达系统100。系统100包含发射器102，所述发射器在所关注区域处发射FMCW电磁辐射(EM)信号。应当了解，发射器可以包含一或多个天线。在一个实施方案中，调频连续波EM信号是频率随时间推移而线性地增加的“啁啾”信号，即使应当了解，系统100可以利用频率以已知方式随时间推移而变化的任何适当信号。发射器102可以按组(被称为帧)提供啁啾信号。在一个实例中，每个帧含有六十四个啁啾，并且发射器102每秒发射二十个帧。一或多个接收器前端(104)接收从所关注区域反射的对多个天线中的每个天线处的每个啁啾的电磁辐射，将所接收电磁辐射与所发射电磁信号混频，对所产生差拍信号进行采样以为多个天线中的每个天线提供差拍信号样本时间序列，并且向信号处理器106提供差拍信号样本时间序列。在一个实施方案中，多个天线是虚拟天线，其中输出是通过数字信号处理从物理发射和接收天线阵列的输出中提取的。在这种情况下，差拍信号样本时间序列是为虚拟天线中的每个虚拟天线生成的。使用虚拟天线阵列的时分复用多输入多输出(TDM-MIMO)实施方案的雷达系统的实例可以在TI申请报告SWRA554A中找到(参见http://www.ti.com/lit/an/swra554a/swra554a.pdf)，其由此通过引用并入本文中。
一或多个接收器前端为多个天线中的每个天线提供差拍信号样本时间序列。具体地说，将所发射FMCW信号与回波信号进行比较以确定所发射信号与回波信号之间的频率差。例如，可以对信号进行外差混频以产生来自两个信号的拍频。因为频率调制模式是已知的，所以给定时间处的信号之间的频率变化可以为信号提供飞行时间以及因此反射回波信号的距离信息。
信号处理器106评估差拍信号样本时间序列以检测所关注区域内的对象。应当了解，信号处理器可以被实施为例如专用微处理器。信号处理器106提供每个差拍信号样本时间序列的频域表示作为表示距雷达传感器模块的距离的一组距离库的值，作为超出范围的回波强度的离散化表示。因此，对于每个啁啾信号，可以通过快速傅里叶变换(FFT)确定多个天线中的每个天线的一组距离库值。在一个实施方案中，所述组距离库值是通过对来自啁啾的差拍信号的一组信号样本求平均以提供DC分量并将DC分量从每个样本中减去以提供一组DC补偿样本来确定的。然后，对DC补偿样本进行快速傅里叶变换以提供所述组距离库值。在一些应用中，DC补偿之前可以进行窗口化操作，而不是使用在给定啁啾之后接收到的所有样本。
然后，信号处理器106校正所述组距离库值的频域表示以提供杂波校正信号。杂波校正可以例如通过将直流(DC)分量确定为跨给定距离库和天线的帧中的啁啾的平均(例如，平均值)距离库值并将所确定的DC分量从与给定距离库相关联的并在给定天线处接收到的每个距离库值中减去来施加。因此，在已经对啁啾的帧进行评估之后，所产生数据可以被概念化为三维数据结构，其中杂波校正信号中的每个样本值表示给定啁啾、距离库和虚拟天线。
信号处理器106还使用杂波校正信号中的样本值确定每个距离库的角频谱。实际上，角频谱可以通过应用如最小方差无失真响应(MVDR)算法、多信号分类(MUSIC)算法或通过旋转不变性技术估计信号参数(ESPIRIT)算法等基于协方差的到达方向确定算法来确定。然后，信号处理器106可以检查跨所述组距离库的所生成角频谱来确定对象是否存在。在一个实施方案中，所确定的角频谱被表示为距离-方位频谱矩阵，所述距离-方位频谱矩阵将回波信号的强度表示为距离和方位的二维映射，被称为相对于雷达传感器模块的“距离-方位像”。这个矩阵的峰值可以例如通过恒虚警率(CFAR)算法来寻找。然后，任何检测到的对象的位置可以例如通过与调频连续波雷达系统100相关联的自动化系统存储在非暂态存储器108中以供稍后使用。
图2展示了用于处理调频雷达信号的信号处理组件200的一个实例。例如，信号处理组件200可以用于提供图1的信号处理器106的功能。在所展示的实例中，信号处理组件200从一或多个接收器前端接收表示物理天线或虚拟天线之一的样本。在所展示的实例200中，假设虚拟天线阵列源自于一组物理发射和接收阵列，但是应当了解，多个天线全部可以是表示所发射啁啾与来自每个啁啾的所接收信号之间的差拍信号的物理接收天线，所述差拍信号在混频器处生成并在啁啾时间期间在模数转换器(ADC)处进行采样。在相应的距离处理块206中对来自每个接收器前端的样本进行处理。
每个距离处理块206执行快速傅里叶变换(FFT)以为相关联的天线提供表示来自距所述天线的多个离散范围中的每个离散范围的所反射信号的强度的一组值。在一个实施方案中，窗口化功能可以在生成FFT之前应用于FFT的输入样本。可以通过对每个啁啾中的样本求平均来估计输入信号样本中的直流(DC)分量，并且可以将所述DC分量从啁啾中的每个样本中减去。如果使用了窗口化功能，则在窗口化操作之后应用对DC的任何估计和补偿。在所展示的实施方案中，每个天线的每个啁啾的FFT作为一组距离库值存储在缓冲器中。假定存在每个帧中多个Nc啁啾、多个Na虚拟天线和限定数量的距离库Nr，则这提供了具有Nr×Nc×Na条目的三维数据结构。
在杂波丰富的环境中，特别是在室内环境中，检测具有小雷达截面(RCS)的对象(如人类和其它生命形式)可能是具有挑战性的。在许多情况下，具有大RCS的杂波的来源(如建筑物结构和家具)可能主导所接收信号。因此，具有小RCS的对象可能在来自这些杂波来源的强干扰下被掩盖并且变得难以检测到。当雷达传感器静止时，杂波来源和所有静止对象都未表现出多普勒分量，并且这可以被杂波移除组件208利用以改善剩余雷达信号处理链的信号条件。
在一个实施方案中，每个杂波移除组件208可以估计跨帧内的啁啾的每个距离库的DC分量。DC分量估计通过对跨啁啾的距离FFT输出样本求平均来获得，使得：
Figure BDA0002502734210000051
其中距离FFT输出样本表示为{xn,k,p}，其中xn,k,p表示第p个天线处的第k个啁啾中的第n个距离库的信号，其中n是介于一与Nr(即距离库的数量)之间的整数，k是介于一与Nc(即帧中的啁啾的数量)之间的整数，并且p是介于一与Na(即系统中的天线的数量)之间的整数。
然后，将所估计的DC分量
Figure BDA0002502734210000052
从每个距离FFT输出样本xn,k,p中减去，使得
Figure BDA0002502734210000053
这针对每个距离库和每个天线重复。距离处理和杂波移除操作应用于每个天线，并且所产生的样本被存储为一组杂波校正样本。杂波校正样本可以被概念化为用距离索引n、啁啾索引k和天线索引p索引的三维数据结构(大小为Nr×Nc×Na)。
将来自每个天线的杂波校正样本提供到使用杂波校正样本确定每个距离库的DoA角频谱的到达方向(DoA)组件210。总的来说，角频谱形成距离-方位频谱。具体地说，DoA组件210基于在雷达帧内估计的空间协方差执行高分辨到达方向频谱估计。在所展示的实例中，描述了基于最小方差无失真响应(MVDR)的到达方向(DoA)估计方法。然而，应当了解，也可以使用相同的雷达处理信号链来使用基于其它协方差的高分辨率DoA方法(例如，MUSIC或ESPRIT)。
DoA组件210首先估计每个距离库的空间协方差
Figure BDA0002502734210000054
如：
Figure BDA0002502734210000055
其中xn,k是第n个距离库和第k个啁啾的Na维空间矢量，所述空间矢量通过对跨虚拟天线的样本进行堆叠而形成，使得
Figure BDA0002502734210000056
xH表示矢量x的厄米转置。为了减少计算量，小于或等于帧中的可用啁啾数量Nc的K个啁啾用于估计空间协方差。
在所展示的实施方案的MVDR方法(也称为Capon波束成形)中，线性一维虚拟接收器天线阵列的方位角θ的导向矢量a(θ)被确定为：
Figure BDA0002502734210000061
其中d是由波长归一化的天线间间距。
对于每个假设DoA角，导向矢量含有跨虚拟天线阵列的期望相位值，并且表示在入射雷达射频(RF)信号来自方位角θ时虚拟接收天线中的每个虚拟接收天线的相位差。第n个距离库的角频谱由下式给出：
Figure BDA0002502734210000062
对应的波束成形矢量给出为：
Figure BDA0002502734210000063
每个距离库的DoA频谱被堆叠成矩阵形式，其中第n行填充有第n个范围库的DoA频谱Pn(θ)。这个矩阵在此称为距离-方位频谱矩阵，并且其表示以相对于雷达传感器的一组距离和角度从所关注区域反射的电磁辐射的强度。
在一些情况下，对给定距离库的空间协方差估计是奇异的或近奇异的，这可能在进行作为DoA频谱估计的一部分的矩阵操作(例如，矩阵求逆)中导致数值稳定性问题。避免数值稳定性问题的一种方式是沿协方差估计矩阵的对角线添加被称为对角线加载因数αn的小值，使得：
Figure BDA0002502734210000064
对角线加载因数αn可以将噪声方差估计
Figure BDA0002502734210000065
和常数β用作
Figure BDA0002502734210000066
来确定，并且对角线加载因数与恒等矩阵的乘积在本文称为对角线加载矩阵。具体地说，在随时间推移的变化相比于雷达帧中的啁啾的时间尺度慢的环境中，可以假设杂波校正输出的信号分量在两个相邻啁啾之间变化不大，而噪声分量独立地变化。这可以用于将给定距离库n和虚拟接收天线p的嵌入在雷达信号中的噪声功率或方差估计为：
Figure BDA0002502734210000067
其中xn,k,p是提供到DoA组件210的杂波校正样本。
对距离库n的噪声方差估计可以通过计算跨虚拟天线的平均噪声方差来确定，使得：
Figure BDA0002502734210000068
DoA频谱估计的计算成本可以通过仅在具有带有一或多个对象的高概率的距离库上运行DoA估计来减少。为了确定DoA频谱估计的良好候选者，可以使用一维恒虚警率(CFAR)算法。在一个实施方案中，对CFAR算法的输入通过对帧内的所有啁啾和所有虚拟接收天线上的杂波校正样本值求平均来准备，使得距离像矢量
Figure BDA0002502734210000069
的第n个元素sn被确定为：
Figure BDA0002502734210000071
一旦确定了距离像矢量，就可以对距离像矢量s执行一维CFAR算法以确定哪个距离库可能含有对象，本文将其称为“检测到的距离库”。在CFAR算法中，在距离像矢量中达到峰值(即，上升到阵列中的围合元素(例如，矢量或矩阵)以及背景水平以上)的值可以被选择作为检测到的距离库。先前描述的DoA频谱估计可以仅对检测到的距离库执行。
将在DoA组件210处确定的距离-方位频谱矩阵提供到定位所关注区域内的任何对象的对象检测组件212。在一个实施方案中，对象检测组件212将二维CFAR算法应用于距离-方位频谱矩阵。与检测到的对象相关联的信息存储为例如矩阵内的距离索引ni、矩阵内的角索引mi、功率水平和噪声功率水平估计，其中i是表示第i个检测到的对象的索引。
一旦已经定位一组对象，就将其在距离-方位频谱矩阵内的位置提供到多普勒处理元件214。多普勒处理元件214将空间波束成形应用于来自虚拟天线的多个数据流并且对所产生的波束成形数据流执行多普勒FFT。在一个实施方案中，对于第i个检测到的对象，空间波束成形应用于距离库ni的每个啁啾中的每个空间矢量
Figure BDA0002502734210000072
以提供单个波束成形的信号块流yi＝[yi,k∶k＝1,…,Nc]，如下：
Figure BDA0002502734210000073
其中
Figure BDA0002502734210000074
并且上标H指示矢量的厄米转置。
应当从等式5中了解到，波束成形权重矢量
Figure BDA0002502734210000075
取决于对特定距离库的空间协方差估计。在一个实例中，窗口化操作可以应用于所产生的信号块yi。FFT操作应用于所产生的波束成形信号块yi以提供多普勒频谱矢量Yi。第i个检测到的对象的多普勒信息可以从多普勒频谱矢量Yi中提取。然后，收集检测到的对象的所有信息(其可以包含距离信息、多普勒信息、DoA角信息以及功率水平和噪声水平)并将其以‘点云雷达数据’的形式保存到缓冲器216中。
鉴于上文所描述的上述结构特征和功能特征，将参照图3和4更好地理解示例方法。虽然出于简化说明的目的，图3和4的示例方法示出并描述为顺序地执行，但是应当理解并了解，本发明实例不受所展示的顺序的限制，因为一些动作在其它实例中可以以不同顺序、多次和/或与本文所示和描述的动作同时发生。此外，不必执行所有所描述的动作来实施方法。
图3展示了用于监测所关注区域的方法300的一个实例。在302处，在所关注区域处发射多个啁啾，每个啁啾包括调频连续波(FMCW)电磁辐射信号。在304处，在接收器前端处接收每个啁啾之后从所关注区域反射的电磁辐射。应当了解，在302处发射的啁啾可以从一或多个天线发射，并且所反射电磁辐射可以在多个物理天线处接收。在306处，将每个啁啾的所接收电磁辐射与所发射啁啾混合以提供差拍信号，并且在308处，对差拍信号进行采样以为多个天线中的每个天线处的多个啁啾中的每个啁啾提供差拍信号样本时间序列。在一个实施方案中，DC分量的每个差拍信号样本时间序列可以通过对来自每个天线处的每个啁啾的差拍信号样本时间序列的值求平均以提供值的估计的DC分量并将所述啁啾和天线对的估计的DC分量从给定天线处的给定啁啾的值时间序列中的每个值时间序列中减去来校正。
在310处，生成每个差拍信号样本时间序列的频域表示以为每个天线处的每个啁啾提供一组距离库中的每个距离库的样本值。每个距离库表示距接收器的相关联的距离。在一个实例中，频域表示通过快速傅里叶变换(FFT)在值时间序列中的每个值时间序列上生成。在312处，校正一组距离库的频域表示以提供一组杂波校正样本，所述组杂波校正样本包含每个距离库的样本和每个天线处的每个啁啾。在一个实施方案中，所述组杂波校正样本可以通过对跨每个天线处的多个啁啾的子集的样本求平均以为每个天线处的每个距离库提供值的估计的直流(DC)分量来生成，使得为每个可能的天线和距离库对生成DC分量。然后，将每个距离库和天线对的估计的DC分量从给定天线的给定距离库中的值中的每个值中减去。
在314处，根据杂波校正样本确定一组距离库的子集的角频谱。例如，每个距离库的角频谱可以通过将最小方差无失真响应(MVDR)算法应用于杂波校正样本来确定。在一个实施方案中，所述组距离库的子集含有所有距离库，使得所述子集与所述组距离库共同延伸。在另一个实施方案中，所述组距离库通过为跨多个啁啾和多个天线的所述组距离库中的每个距离库生成表示聚合信号强度的距离像矢量并根据距离像矢量将可能含有对象的一组距离库确定为所述组距离库的子集来选择。例如，一维恒虚警率算法可以应用于距离像矢量。
在316处，根据跨所述组距离库的所确定的角频谱确定所关注区域内的任何对象的位置。在一个实施方案中，所述组距离库的子集的角频谱可以表示为距离-方位频谱矩阵，所述距离-方位频谱矩阵表示以相对于雷达传感器模块的一组距离和角度从所关注区域反射的电磁辐射的强度。所关注区域内的任何对象的位置可以通过将二维恒虚警率算法应用于距离-方位频谱矩阵来确定。然后，在318处，可以将关于检测到的对象的位置和其它可用信息(如果有的话)存储在缓冲器中以供一或多个其它系统使用。
图4展示了用于处理所关注区域内的所接收雷达信号的方法400的一个实例。在402处，为多个天线中的每个天线处的多个啁啾中的每个啁啾生成差拍信号样本时间序列。在一个实施方案中，差拍信号样本时间序列通过以下生成：在所关注区域处发射多个啁啾，每个啁啾包括调频电磁辐射信号；以及在接收器前端处接收每个啁啾之后从所关注区域反射的电磁辐射。将来自每个啁啾的所接收电磁辐射与所发射啁啾混频以提供差拍信号，并且对差拍信号进行采样以为多个天线中的每个天线处的多个啁啾中的每个啁啾提供差拍信号样本时间序列。
在404处，生成每个差拍信号样本时间序列的频域表示以为每个天线处的每个啁啾提供一组距离库中的每个距离库的样本值。每个距离库表示距接收器的相关联的距离。在一个实例中，频域表示通过快速傅里叶变换(FFT)在值时间序列中的每个值时间序列上生成。在406处，校正一组距离库的频域表示以提供一组杂波校正样本，所述组杂波校正样本包含每个距离库的样本和每个天线处的每个啁啾。在一个实施方案中，所述组杂波校正样本可以通过对跨每个天线处的多个啁啾的子集的一组距离库的样本求平均以为每个天线处的每个距离库提供值的估计的直流(DC)分量来生成，使得为每个可能的天线和距离库对生成DC分量。然后，将每个距离库和天线对的估计的DC分量从给定天线的给定距离库中的值中的每个值中减去。
在408处，根据杂波校正样本确定一组距离库的子集的角频谱。例如，每个距离库的角频谱可以通过将基于协方差的到达方向确定算法应用于杂波校正样本来确定。在一个实施方案中，所述组距离库的子集含有所有距离库，使得所述子集与所述组距离库共同延伸。在另一个实施方案中，所述组距离库通过为跨多个啁啾和多个天线的所述组距离库中的每个距离库生成表示聚合信号强度的距离像矢量并根据距离像矢量将可能含有对象的一组距离库确定为所述组距离库的子集来选择。例如，一维恒虚警率算法可以应用于距离像矢量。
在410处，根据跨所述组距离库的所确定的角频谱确定所关注区域内的任何对象的位置。在412处，将空间波束成形应用于包括所述组距离库中的给定距离库和跨多个天线的多个啁啾中的给定啁啾的所有杂波校正样本的Na-长度空间矢量以为给定的距离库和啁啾提供距离库的波束成形的信号块。应当了解，可以从与任何检测到的对象相关联的一组距离库中选择距离库。在414处，将FFT应用于距离库的波束成形的信号块以提供多普勒频谱矢量。在416处，从多普勒频谱矢量中提取与距离库相关联的对象的多普勒信息。然后，在418处，可以将任何检测到的对象的位置、经过提取的多普勒信息和关于检测到的对象的其它可用信息存储在缓冲器中以供一或多个其它系统使用。
图5是展示能够实施图1到4中公开的系统和方法的实例的硬件组件(如图2中所展示的数字信号处理器200)的示范性系统500的示意性框图。系统500可以包含各种系统和子系统。系统500可以是个人计算机、膝上型计算机、工作站、计算机系统、电器、专用集成电路(ASIC)、服务器、服务器刀片中心、服务器群等。在一个实施方案中，系统500是微处理器，并且应当了解，在此实施方案中，组件502、504、506、508、510、512、514、516和518中的一些组件可能不是必需的。在一个实例中，数字信号处理器200可以被实施为集成电路。可以适用于此目的的集成电路硬件的实例可以在以下中找到：在http://www.ti.com/general/docs/datasheetdiagram.tsp？genericPartNumber＝AWR1642&diagramId＝SWRS203A上可用的TI数据表SWRS203A和在http://www.ti.com/general/ocs/datasheetdiagram.tsp？genericPartNumber＝AWR1443&diagramId＝SWRS202A上可用的TI数据表SWRS202A，所述数据表中的每个数据表由此通过引用并入本文中。
系统500可以包含系统总线502、处理单元504、系统存储器506、存储器装置508和510、通信接口512(例如，网络接口)、通信链路514、显示器516(例如，视频屏幕)和输入装置518(例如，键盘和/或鼠标)。系统总线502可以与处理单元504和系统存储器506进行通信。另外的存储器装置508和510(如硬盘驱动器、服务器、独立数据库或其它非易失性存储器)也可以与系统总线502进行通信。系统总线502使处理单元504、存储器装置506-510、通信接口512、显示器516和输入装置518互连。在一些实例中，系统总线502还使如通用串行总线(USB)端口等另外的端口(未示出)互连。
处理单元504可以是计算装置并且可以包含专用集成电路(ASIC)。处理单元504执行指令集以实施本文所公开的实例的操作。处理单元可以包含处理核。
另外的存储器装置506、508和510可以以文本或编译形式存储数据、程序、指令、数据库查询以及操作计算机所需的任何其它信息。存储器506、508和510可以被实施为计算机可读媒体(集成的或可移除的)，如存储卡、磁盘驱动器、压缩盘(CD)或可通过网络访问的服务器。在某些实例中，存储器506、508和510可以包括文本、图像、视频和/或音频，上述中的部分可以以人类可理解的格式获得。另外地或可替代地，系统500可以通过通信接口512访问外部数据源或查询源，所述通信接口可以与系统总线502和通信链路514通信。
在操作中，系统500可以用于实施根据本公开的诊断和决策支持系统的一或多个部分。根据某些实例，用于实施复合应用测试系统的计算机可执行逻辑驻留在系统存储器506和存储器装置508、510中的一或多个上。处理单元504执行源自系统存储器506和存储器装置508和510的一或多个计算机可执行指令。如本文所使用的，术语“计算机可读媒体”是指参与向处理单元504提供指令以供执行的任何媒体，并且应当了解，计算机可读媒体可以包含多个计算机可读媒体，每个计算机可读媒体可操作地连接到处理单元。
在权利要求的范围内，在所描述的实施例中修改是可能的，并且其它实施例是可能的。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：
发射器，所述发射器在所关注区域处发射多个啁啾，每个啁啾包括调频连续波电磁辐射信号；
接收器前端，所述接收器前端接收从所述所关注区域反射的针对多个天线中的每个天线处的每个啁啾的电磁辐射并为所述多个天线中的每个天线处的每个啁啾生成差拍信号样本时间序列；以及
信号处理器，所述信号处理器通过以下来检测所述所关注区域内的对象：提供每个差拍信号样本时间序列的频域表示作为表示距所述系统的相应距离的一组距离库(bin)的样本值；校正所述组距离库中的每个距离库的所述样本值以为每个距离库提供一组杂波校正样本；以及根据所述杂波校正样本确定所述组距离库的子集中的每个距离库的角频谱。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个天线是源自于对应的物理发射和接收天线阵列的虚拟天线阵列的时分复用多输入多输出TDM-MIMO实施方案。
3.根据权利要求1所述的系统，其中对于所述多个天线中的每个天线的每个距离库，所述信号处理器计算跨雷达回波的帧中的啁啾的所述距离库的所述样本值的算数平均值以提供平均值并从所述距离库的每个样本值中减去所述平均值以为每个距离库提供所述组杂波校正样本。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理器将跨所述多个虚拟天线的每个距离库的所述杂波校正样本的空间协方差估计为协方差估计矩阵，将对角线加载矩阵添加到所述协方差估计矩阵，其中沿所述对角线加载矩阵的对角线的元素确定为所述距离库的噪声方差估计与所选常数的乘积，并且根据基于协方差的到达方向确定算法使用所述协方差估计矩阵与所述对角线加载矩阵之和计算所述角频谱。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述基于协方差的到达方向算法是最小方差无失真响应MVDR算法、多信号分类MUSIC算法或通过旋转不变性技术估计信号参数ESPRIT算法中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的系统，其中当在所述信号处理器处检测到对象时，所述信号处理器进一步根据跨所述组距离库的所确定的角频谱确定所述所关注区域内的至少一个对象的位置。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述信号处理器将空间波束成形应用于包括所述组距离库中的给定距离库和跨所述多个天线的所述多个啁啾中的给定啁啾的所有杂波校正样本的Na维空间矢量以为所述给定的距离库和啁啾提供所述距离库的波束成形的信号块，其中所述给定距离库选自与所述至少一个对象相关联的一组至少一个距离库，将快速傅里叶变换FFT应用于所述距离库的所述波束成形的信号块以提供多普勒频谱矢量，并且从所述多普勒频谱矢量中提取与所述给定距离库相关联的所述至少一个对象中的对象的多普勒信息。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述信号处理器为跨所述多个啁啾和所述多个天线的所述组距离库中的每个距离库生成表示聚合信号强度的距离像矢量并根据所述距离像矢量将可能含有对象的一组距离库确定为所述组距离库的所述子集。
9.一种用于检测所关注区域内的对象的方法，所述方法包括：
在所关注区域处从雷达传感器模块发射多个啁啾，每个啁啾包括调频连续波电磁辐射信号；
在与至少一个接收器前端相关联的多个接收天线处接收每个啁啾之后从所述所关注区域反射的电磁辐射；
将每个啁啾的所接收电磁辐射与所发射啁啾混频以提供差拍信号；
对所述差拍信号进行采样以为多个天线中的每个天线处的所述多个啁啾中的每个啁啾提供差拍信号样本时间序列；
提供每个差拍信号样本时间序列的频域表示以为每个天线处的每个啁啾提供一组距离库中的每个距离库的样本值，每个距离库表示距所述雷达传感器模块的相关联的距离；
校正所述组距离库的所述频域表示以提供一组杂波校正样本，所述组杂波校正样本包含每个距离库的样本和每个天线处的每个啁啾；
根据所述杂波校正样本确定所述组距离库的子集的角频谱；以及
从跨所述组距离库的所确定的角频谱中检测存在于所述所关注区域内的任何对象。
10.根据权利要求9所述的方法，其中校正所述组距离库的所述频域表示以提供所述组杂波校正样本包括：
对跨每个天线处的所述多个啁啾的子集的样本求平均以为每个天线处的每个距离库提供值的所估计的直流DC分量，使得为每个可能的天线和距离库对生成DC分量；以及
将所述距离库和天线对的所述所估计的DC分量从给定天线的给定距离库中的所述值中的每个值中减去。
11.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括将空间波束成形应用于包括所述组距离库中的给定距离库和跨所述多个天线的所述多个啁啾中的给定啁啾的所有杂波校正样本的维空间矢量以为所述给定的距离库和啁啾提供所述距离库的波束成形的信号块，其中所述给定距离库选自与所述至少一个对象相关联的一组至少一个距离库。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
将快速傅里叶变换FFT应用于所述距离库的所述波束成形的信号块以提供多普勒频谱矢量；以及
从所述多普勒频谱矢量中提取与所述给定距离库相关联的检测到的对象的多普勒信息。
13.根据权利要求9所述的方法，其中根据所述杂波校正样本确定所述组距离库的所述子集的所述角频谱提供距离-方位频谱矩阵，所述距离-方位频谱矩阵表示以相对于所述雷达传感器模块的一组距离和角度从所述所关注区域反射的电磁辐射的强度，并且从跨所述组距离库的所述所确定的角频谱中检测存在于所述所关注区域内的任何对象包括将二维恒虚警率算法应用于距离-方位频谱矩阵。
14.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：
为跨所述多个啁啾和所述多个天线的所述组距离库中的每个距离库生成表示聚合信号强度的距离像矢量；以及
根据所述距离像矢量将可能含有对象的一组距离库确定为所述组距离库的所述子集。
15.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：
对来自每个天线处的每个啁啾的所述差拍信号样本时间序列的值求平均以提供所述值的所估计的直流DC分量；以及
将所述啁啾和天线对的所述所估计的DC分量从给定天线处的给定啁啾的值时间序列中的每个值时间序列中减去。
16.一种用于处理雷达回波以检测所关注区域内的对象的方法，所述方法包括：
为多个天线中的每个天线处的多个啁啾中的每个啁啾生成差拍信号样本时间序列；
提供每个差拍信号样本时间序列的频域表示以为每个天线处的每个啁啾提供一组距离库中的每个距离库的样本值，每个距离库表示距雷达传感器模块的相关联的距离；
校正所述组距离库的所述频域表示以提供一组杂波校正样本，所述组杂波校正样本包含每个距离库的样本和每个天线处的每个啁啾；
根据所述杂波校正样本确定所述组距离库的子集的角频谱；
根据跨所述组距离库的所确定的角频谱确定所述所关注区域内的至少一个对象的位置；
将空间波束成形应用于包括所述组距离库中的给定距离库和跨所述多个天线的所述多个啁啾中的给定啁啾的所有杂波校正样本的维空间矢量以为所述给定的距离库和啁啾提供所述距离库的波束成形的信号块，其中所述给定距离库选自与所述至少一个对象相关联的一组至少一个距离库；
将快速傅里叶变换FFT应用于所述距离库的所述波束成形的信号块以提供多普勒频谱矢量；以及
从所述多普勒频谱矢量中提取与所述给定距离库相关联的所述至少一个对象中的对象的多普勒信息。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
为跨所述多个啁啾和所述多个天线的所述组距离库中的每个距离库生成表示聚合信号强度的距离像矢量；以及
将一维恒虚警率算法应用于所述距离像矢量以将可能含有对象的一组距离库确定为所述组距离库的所述子集。
18.根据权利要求16所述的方法，其中校正所述组距离库的所述频域表示以提供所述组杂波校正样本包括：
对跨每个天线处的所述多个啁啾的子集的所述组距离库的样本求平均以为每个天线处的每个距离库提供值的所估计的直流DC分量，使得为每个可能的天线和距离库对生成DC分量；以及
将所述距离库和天线对的所述所估计的DC分量从给定天线的给定距离库中的所述值中的每个值中减去。
19.根据权利要求16所述的方法，其中
在所关注区域处发射所述多个啁啾，每个啁啾包括调频连续波电磁辐射信号；
在所述雷达传感器模块处接收每个啁啾之后从所述所关注区域反射的电磁辐射；
将来自每个啁啾的所接收电磁辐射与所发射啁啾混频以提供差拍信号；以及
对所述差拍信号进行采样以为多个天线中的每个天线处的所述多个啁啾中的每个啁啾提供所述差拍信号样本时间序列。
20.根据权利要求16所述的方法，其中确定每个距离库的所述角频谱包括将基于协方差的到达方向确定算法应用于所述杂波校正样本。
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