CN111682911A - 估计mimo系统中到达方向的装置和方法 - Google Patents

估计mimo系统中到达方向的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111682911A
CN111682911A CN202010165344.3A CN202010165344A CN111682911A CN 111682911 A CN111682911 A CN 111682911A CN 202010165344 A CN202010165344 A CN 202010165344A CN 111682911 A CN111682911 A CN 111682911A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
array
signals
regions
domain
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.)
Granted
Application number
CN202010165344.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111682911B (zh
Inventor
姜锡贤
瓦西姆·苏莱曼
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.)
Hyundai Mobis Co Ltd
Original Assignee
Hyundai Mobis Co Ltd
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 Hyundai Mobis Co Ltd filed Critical Hyundai Mobis Co Ltd
Publication of CN111682911A publication Critical patent/CN111682911A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111682911B publication Critical patent/CN111682911B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/20—Monitoring; Testing of receivers
    • H04B17/27—Monitoring; Testing of receivers for locating or positioning the transmitter
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H04B7/086—Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming
    • 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
    • G01S13/003—Bistatic radar systems; Multistatic radar systems
    • 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
    • G01S13/505—Systems of measurement based on relative movement of target using Doppler effect for determining closest range to a target or corresponding time, e.g. miss-distance indicator
    • 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
    • G01S13/583—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/584—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/01—Reducing phase shift
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only
    • H04L27/2627—Modulators
    • H04L27/2634—Inverse fast Fourier transform [IFFT] or inverse discrete Fourier transform [IDFT] modulators in combination with other circuits for modulation
    • H04L27/2636—Inverse fast Fourier transform [IFFT] or inverse discrete Fourier transform [IDFT] modulators in combination with other circuits for modulation with FFT or DFT modulators, e.g. standard single-carrier frequency-division multiple access [SC-FDMA] transmitter or DFT spread orthogonal frequency division multiplexing [DFT-SOFDM]
    • 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
    • G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
    • G01S13/4454—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing phase comparisons monopulse, i.e. comparing the echo signals received by an interferometric antenna arrangement
    • 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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured
    • 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
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems
    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/356—Receivers involving particularities of FFT processing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202—Channel estimation
    • H04L25/0222—Estimation of channel variability, e.g. coherence bandwidth, coherence time, fading frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Discrete Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

一种用于估计MIMO系统中的DOA的装置，可以包括：接收器，其被配置为在通过两个Tx天线发送具有不同相位的Tx信号之后，通过两个或更多个Rx天线接收从前向目标反射并返回的Rx信号，并将所述Rx信号转换为时域Rx信号；和信号处理器，其被配置为将来自所述接收器的所述时域Rx信号转换为频域中的Rx信号，将多普勒域划分为两个区域，从所述两个区域提取信号，将从所述两个区域提取的信号在第一阵列和第二阵列中组合，计算所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个的最小值，选择具有最小值的第一阵列和第二阵列中的任何一个作为真阵列，并且将与所述真阵列相对应的DOA估计为目标的实际的DOA。

Description

估计MIMO系统中到达方向的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C.§119(a)要求于2019年3月11日在韩国知识产权局提交的申请号为10-2019-0027563的专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开的实施方式涉及一种用于在MIMO(Multiple Input Multiple Output,多输入多输出)系统中通过多个发射(Tx)天线的适当布置来估计DOA(Direction OfArrival,到达方向)的装置和方法。
背景技术
当自我车辆前方的两个车辆在雷达传感器的同一范围内彼此相邻时，自我车辆的雷达需要识别自我车辆前方存在两个车辆，而不是一个车辆。当目标的速度和范围彼此相似时，重要的是准确估计从目标接收的接收(Rx)信号的DOA，以便分离目标。因此，在过去的几十年中，已经对高分辨率Rx信号DOA估计算法，例如MUSIC(Multiple SignalClassification,多信号分类)算法和ESPRIT(Estimation of Signal Parameters viaRotational Invariance Technique,通过旋转不变技术估计信号参数)算法进行了研究。此外，近年来，巴特利特算法(Bartlett algorithm)已引起了很多关注，该算法比MUSIC算法受信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)的影响小。
当使用ULA(Uniform Linear Array,统一线性阵列)天线阵列来寻找目标时，需要窄的主波束宽度和低旁瓣来获得精确的分辨率和高精度。当天线阵列具有宽孔径时，主瓣具有窄的波束宽度。如此窄的光束宽度使得可以在密集相邻的目标之间进行区分。但是，可能会出现旁瓣和光栅瓣，从而干扰了确定目标位置的过程。此外，天线阵列的宽孔径占用相当大的面积。
在2016年11月23日公开的、公开号为10-2016-0144446、标题为“用于估计到达方向的装置和方法”的韩国专利申请中公开了本公开的相关技术。
相关技术是本发明人为得到本公开而保留的技术信息，或在得到本公开的过程中获取的技术信息。相关技术不一定是在应用本公开之前向公众发布的公知技术。
发明内容
各个实施方式涉及用于通过使用确定性最大似然(Deterministic MaximumLikelihood,DML)算法在MIMO系统中通过多个Tx天线的适当布置来估计DOA的装置和方法。
而且，各种实施方式涉及一种当多个Rx天线同时从多个Tx天线接收信号时，能够准确地识别从哪个Tx天线接收到信号的装置和方法。
在一个实施方式中，一种用于估计MIMO系统中的DOA的装置可以包含：接收器，其被配置为在通过两个Tx天线发送具有不同相位的Tx信号之后，通过两个或更多个Rx天线接收从前向目标反射并返回的Rx信号，并将所述Rx信号转换为时域Rx信号；以及信号处理器，其被配置为将来自所述接收器的所述时域Rx信号转换为在包括范围相关域和速度相关多普勒域的频域中的Rx信号，根据所述Tx天线使用的Tx信号之间的相位差将所述多普勒域划分为两个区域，从所述两个区域提取信号，将从所述两个区域提取的信号在第一阵列和第二阵列中组合，使用DML算法为所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个计算最小值，选择具有最小值的所述第一阵列和所述第二阵列中的任何一个作为真阵列，并且将与所述真阵列相对应的DOA估计为目标的实际DOA。
当将所述时域Rx信号转换为频域Rx信号时，所述信号处理器可以使用希尔伯特转换算法将所述时域Rx信号转换为复数信号，通过对所述复数信号执行两个快速傅立叶转换(FFT)处理来将所述复数信号转换为频域信号，并对所述频域信号进行校正。
当从所述两个区域提取信号时，所述信号处理器可以根据相位差将作为第二FFT区域的多普勒域划分为两个区域，并从所述两个区域中的每个区域提取与所述两个区域中的每个区域对应的多普勒频率和峰值。
当计算最小值时，所述信号处理器可以将从所述两个区域提取的信号分别定义为第一信号和第二信号，并将所述第一信号和所述第二信号在所述第一阵列和所述第二阵列中组合，其中，在所述第一阵列处，所述第二信号位于所述第一信号之后，在所述第二阵列处，所述第一信号位于所述第二信号之后，并使用DML算法计算所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个的最小值。
在一个实施方式中，一种用于估计MIMO系统中的DOA的方法可以包括：在通过两个Tx天线发送具有不同相位的Tx信号后，由接收器通过两个或更多个Rx天线接收从前向目标反射并返回的Rx信号，并将所述Rx信号转换为时域Rx信号；由信号处理器将来自所述接收器的所述时域Rx信号转换为包括范围相关域和速度相关多普勒域的频域中的Rx信号；由所述信号处理器根据各个Tx天线使用的Tx信号之间的相位差，将所述多普勒域划分为两个区域，并从所述两个区域提取信号；由所述信号处理器将从所述两个区域提取的信号在第一阵列和第二阵列中组合，并使用DML算法为所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个计算最小值；由所述信号处理器选择具有最小值的所述第一阵列和所述第二阵列中的任何一个作为真阵列，并将与所述真阵列相对应的DOA估计为目标的实际DOA。
将所述时域Rx信号转换为频域Rx信号可以包括：使用希尔伯特转换算法将所述时域Rx信号转换为复数信号；通过对所述复数信号执行两个FFT处理而将所述复数信号转换为频域信号；和对所述频域信号进行校正。
提取信号可以包括：根据相位差将作为第二FFT区域的多普勒域划分为两个区域；和从所述两个区域中的每个区域提取与所述两个区域中的每个区域对应的多普勒频率和峰值。
最小值的计算可以包括：将从所述两个区域提取的信号分别定义为第一信号和第二信号；将所述第一信号和所述第二信号在所述第一阵列和所述第二阵列中组合，其中，在所述第一阵列处，所述第二信号位于所述第一信号之后，在所述第二阵列处，所述第一信号位于所述第二信号之后；和使用DML算法计算所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个的最小值。
在一实施方式中，可以提供用于实现本公开的另一种方法和系统以及用于执行该方法的计算机程序。
根据本公开的实施方式，用于估计DOA的装置和方法可以使用DML算法通过多个Tx天线的适当布置来准确地估计DOA。当准确地估计DOA时，上层逻辑(SCC、FAC、AEB等)可以准确地跟踪前向目标。
此外，当MIMO系统中的多个Rx天线同时从多个Tx天线接收信号时，可以准确地识别从哪个Tx天线接收到信号。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施方式的用于估计多输入多输出(MIMO)系统中的到达方向(DOA)的装置的框图。
图2是示出根据本公开的实施方式的用于估计MIMO系统中的DOA的方法的流程图。
图3是示出图2的流程图中的步骤S200的具体过程的流程图。
图4是示出图2的流程图中的步骤S400的具体过程的流程图。
图5是示出图2的流程图中的步骤S500的具体过程的流程图。
图6是示出在MIMO系统中计算估计的DOA的过程的图。
图7A和7B示出了在图3中执行两个快速傅立叶转换(FFT)处理时的速度范围谱。
图8A至图8C是示出MIMO系统中的相对于Tx天线的Rx天线的真阵列和假阵列的图。
图9是示出相对于MIMO系统中的Tx天线在Rx天线的真阵列和假阵列的情况下的DOA的精度的图。
具体实施方式
如在相应领域中的传统，在功能块、单元和/或模块方面可以在附图中示出一些示例性实施方式。本领域普通技术人员将理解，这些块、单元和/或模块由诸如逻辑电路、分立组件、处理器、硬连线电路、存储元件、布线连接等的电子(或光学)电路物理地实现。当块、单元和/或模块由处理器或类似硬件实现时，可以使用软件(例如，代码)对它们进行编程和控制，以执行本文讨论的各种功能。替代地，每个块、单元和/或模块可以由专用硬件实现，或实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如一个或多个编程处理器和相关电路)的组合。在不脱离本发明构思的范围的情况下，一些示例性实施方式的每个块、单元和/或模块可以在物理上被分成两个或更多个相互作用和离散的块、单元和/或模块。此外，在不脱离本发明构思的范围的情况下，一些示例性实施方式的块、单元和/或模块可以在物理上组合为更复杂的块、单元和/或模块。
在下文中，下面将通过实施方式的各个示例参考附图来描述用于估计多输入多输出(MIMO)系统中的到达方向(DOA)的装置和方法。应当注意，附图不是精确的比例，并且可能仅出于描述方便和清楚的目的而夸大了线的粗细或部件的尺寸。此外，本文使用的术语是通过考虑本公开的功能来定义的，并且可以根据用户或操作者的习惯或意图来改变。因此，应根据本文阐述的全部公开内容对术语进行定义。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式。在以下参考附图的描述中，相同或相应的组件将由相同的附图标记表示，并且将省略其重复的描述。
图1是示出根据本公开的实施方式的用于估计MIMO系统中的DOA的装置的框图。在本实施方式中，MIMO系统可以统称为通过两个或更多个Tx天线发送Tx信号并且通过两个或更多个Rx天线接收从目标反射的信号的系统。在这种情况下，两个或更多个Rx天线中的每一个都需要准确地识别Rx天线从哪个Tx天线接收信号。在本实施方式中，将描述用于实现这种配置的具体内容。
参考图1，用于估计MIMO系统中的DOA的装置可以包括：接收器40，其连接到Rx天线30；发射器20，其连接到Tx天线10；以及信号处理器50，其连接到发射器20和接收器40。在本实施方式中，用于估计DOA的装置可以进一步包括连接到信号处理器50的用户界面60。
Rx天线30和Tx天线10中的每一个可以包括多个天线。特别地，Rx天线30可以具有ULA天线阵列，其中多个天线以均匀的间隔排列成行。当通过Tx天线10发送射频信号时，Rx天线30可以接收从前向目标反射并返回的信号。
发射器20通过Tx天线10将雷达信号无线地发送到前向目标。根据一实施方式，发射器20可以包括波形发生器24、振荡器26和放大器(AMP)28。波形发生器24可以基于由信号处理器50提供的数字Tx信号来产生具有期望周期和形状的模拟波形的信号。例如，波形发生器24可以将三角波形调制信号作为Tx信号提供给振荡器26。振荡器26可以将由波形发生器24产生的Tx信号转换为具有高频的RF信号，以便无线地发送Tx信号。例如，振荡器26可以调制由波形发生器24提供的Tx信号的频率。此外，振荡器26可以将转换后的RF信号作为参考信号提供给接收器40的混频器44。AMP 28可以将从振荡器26输出的RF信号放大为传输所需的输出，并且将放大后的信号提供给Tx天线10。振荡器26例如可以配置为电压控制振荡器(Voltage Control Oscillator,VCO)。
接收器40可以通过Rx天线30接收在由Tx天线10发送之后从前向目标反射并返回的RF信号。接收器40可以基于从发射器20的振荡器26提供的参考信号对RF信号进行降频(down-transform)，然后将降频后的信号转换成数字信号以提供给信号处理器50。根据一实施方式，接收器40可以包括用于构成Rx天线30中的每个天线的低噪声放大器(Low-NoiseAmplifier,LNA)42、混频器44、低通滤波器(Low-Pass Filter,LPF)46和模数转换器(Analog-to-Digital Transformer,ADC)48。
LNA 42可以连接到Rx天线30的相应天线，并放大由Rx天线30捕获的弱Rx信号。由LNA 42放大的Rx信号可以提供给混频器44。混频器44可以基于从发射器20的振荡器26提供的放大的Rx信号和RF信号之间的频率差来对放大的Rx信号进行降频。也就是说，混频器44通过将放大的Rx信号和RF信号混合可以计算从发射器20的振荡器26提供的放大的Rx信号和RF信号之间的频率差，并获得具有将计算出的差频作为频率的差拍信号。由混频器44获取的差拍信号可以通过ADC 48转换为数字信号。通过这种处理获取的数字Rx信号可以提供给信号处理器50。接收器40可以进一步包括LPF 46，用于去除从混频器44输出的差拍信号中包括的低频分量。
根据一实施方式，信号处理器50可以控制发射器20、接收器40和用户界面60的整体操作。信号处理器50可以从接收器40接收与从前向目标反射的信号相对应的数字信息，根据以下将描述的方法对接收到的信息进行计算，识别Rx天线30从哪个Tx天线10接收到信号，并估计接收到的信号的DOA。信号处理器50可以通过信号处理来产生要通过Tx天线10发送到目标的信息，并且将所产生的信息提供给发射器20。信号处理器50可以实现为数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、微型计算机等。
用户界面60可以显示信号处理器50的处理结果，或者将用户的指令传送到信号处理器50。
图1中的用于估计MIMO系统中的DOA的装置的配置仅是示例，并且根据无线电信号调制/解调方法，用于估计DOA的装置可以具有不同配置。用于估计MIMO系统中的DOA的装置可以安装在车辆中，并且用作车辆的雷达装置。根据本公开的实施方式的虚拟天线信号产生方法可以实现为程序，并且该程序可以嵌入在信号处理器50中并且由信号处理器50执行。
图2至图5是示出根据本公开的实施方式的用于估计MIMO系统中的DOA的方法的流程图。图6示出了基于根据本公开的实施方式的方法，图1的信号处理器50估计Rx信号的DOA的计算过程。
参考图2至图6，在步骤S100中，接收器40在两个Tx天线10发送具有不同相位的Tx信号之后，通过两个或更多个Rx天线30接收从前向目标反射并返回的Rx信号，并将接收到的Rx信号转换为时域Rx信号，以提供给信号处理器50。基于由信号处理器50提供的数字Tx信号，发射器20可以产生RF信号并且通过Tx天线10发送产生的RF信号。通过Tx天线10发送到目标的RF信号可以从前向目标反射。Rx天线30的天线中的每一个可以接收从目标反射并返回的RF信号，并且将接收到的RF信号发送到接收器40。如上所述，接收器40可以基于由Rx天线30中的每一个接收的RF信号和从振荡器26提供的RF信号之间的频率差来产生差拍信号，并将产生的差拍信号转换为数字信号，以提供给信号处理器50。由接收器40提供给信号处理器50的Rx信号是时域信号。
在步骤S200中，信号处理器50将时域Rx信号转换为频域信号。频域包括与范围相关的域和与速度相关的多普勒域。图3示出了步骤S200的具体过程。参照图3，在步骤S210中，信号处理器50使用希尔伯特转换算法将来自接收器40的时域信号转换为复数信号。在步骤S220中，信号处理器50通过对复数信号执行两个FFT处理来将复数信号转换为频域信号。信号处理器50可以通过第一FFT处理来获取目标的范围信息，并且通过第二FFT处理来获取目标的速度信息。在步骤S230中，信号处理器50对转换后的频域信号执行校正。
在步骤S300中，当两个Tx天线(MIMO天线)10使用具有不同相位的两个Tx信号时，信号处理器50将多普勒域(第二频域)划分为从第一Tx天线10传输的信号的区域以及从第二Tx天线10传输的信号的区域。图4示出了步骤S300的具体过程。参考图4，在步骤S310中，当使用具有不同相位的两个Tx信号时，信号处理器50根据两个信号之间的相位差将用作第二FFT域的多普勒域划分为两个区域。在步骤S320中，信号处理器50提取区域中的每个区域的多普勒频率和与该区域相对应的峰值。整个频域的x轴成为多普勒域，而整个频域的y轴成为范围域。在相同范围内的信号的情况下，在多普勒域中找到具有不同频率的两个峰值点。来自两个峰值的信号值(峰值)具有复数值，例如a+bj。如图7A和7B所示，频域信号以频谱的形式产生。图7A示出了在不是MIMO系统的系统中执行两个FFT处理时的速度范围谱。图7B示出了当在MIMO系统中执行两个FFT处理时的速度范围谱。在图7A中，红点可以指示峰值(信号强度)是强的。当使用具有相位差的Tx信号时，将多普勒域划分为两个区域以产生两个信号。在图7B中，黑圈表示将是相同信号但是具有相位差的两个信号在同一多普勒域中划分为两个信号。
在步骤S400中，信号处理器50将两个区域的信号MIMO组合成两种阵列，并使用确定性最大似然(Deterministic Maximum Likelihood,DML)算法来计算阵列中的每个阵列的最小值。DML指示用于使用具有高相关性的Rx信号的相关矩阵来估计角度的算法。似然函数是所有给定测量值的概率密度函数，用于从统计假设估计所需变量(角度)。图5示出了步骤S400的具体过程。参考图5，在步骤S410中，信号处理器50将从各个区域提取的峰值定义为第一信号和第二信号。在步骤S420中，信号处理器50将第一信号和第二信号组合成两种阵列，即第一阵列和第二阵列。第一阵列可以包括第二信号位于第一信号之后的阵列，并且第二阵列可以包括第一信号位于第二信号之后的阵列。在步骤S430中，信号处理器50通过将DML算法应用于第一阵列和第二阵列来计算最小值。
在步骤S500中，信号处理器50选择具有最小值的阵列作为真阵列，并将与该真阵列相对应的DOA估计为目标的实际DOA。信号处理器50可以确定在第一阵列和第二阵列之间具有较小最小值的任何一个阵列是真阵列，而另一个阵列是假阵列，并且选择真阵列。图8A至图8C是示出MIMO系统中的相对于Tx天线的Rx天线的真阵列和假阵列的图。图8A示出了两个Tx天线Tx1和Tx2。图8B和8C示出了相对于两个Tx天线Tx1和Tx2的多个Rx天线30的阵列。多个Rx天线30可以包括与实际Rx天线的数量相同的虚拟Rx天线。图8B示出了相对于两个Tx天线Tx1和Tx2的Rx天线30的第一阵列(Rx(Tx1)，Rx(Tx2))，图8C示出了相对于两个Tx天线Tx1和Tx2的Rx天线30的第二阵列(Rx(Tx2)，Rx(Tx1))。信号处理器50可以确定在第一阵列和第二阵列之间具有较小最小值的任何一个阵列(图8中的第一阵列)是真阵列，而另一个阵列(图8中的第二阵列)是假阵列，并选择真阵列。当多个Rx天线(Rx(Tx1)，Rx(Tx2))同时从多个Tx天线Tx1和Tx2接收信号时，信号处理器50可以计算最小值以确定第一天线和第二天线中的任何一个是一个真阵列，另一个是假阵列，选择真阵列，从而准确地识别从哪个Tx天线接收到信号。图9是示出在MIMO系统中在相对于Tx天线的Rx天线的真阵列和假阵列的情况下的DOA的精度的图。在图9中，黑色虚线表示目标实际存在的位置。在真阵列的情况下，DOA估计为与实际位置相似的值。但是，在假阵列的情况下，DOA被估计为偏离实际位置的值。
尽管已经出于说明性目的公开了本公开的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离技术方案所限定的本公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。因此，本公开的真实技术范围应由技术方案限定。

Claims (8)

1.一种用于估计多输入多输出(MIMO)系统中的到达方向(DOA)的装置，包含：
接收器，其被配置为在通过两个Tx天线发送具有不同相位的Tx信号之后，通过两个或更多个Rx天线接收从前向目标反射并返回的Rx信号，并将所述Rx信号转换为时域Rx信号；和
信号处理器，其被配置为将来自所述接收器的所述时域Rx信号转换为在包括范围相关域和速度相关多普勒域的频域中的Rx信号，根据所述Tx天线使用的Tx信号之间的相位差将所述多普勒域划分为两个区域，从所述两个区域提取信号，将从所述两个区域提取的信号在第一阵列和第二阵列中组合，使用DML算法为所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个计算最小值，选择具有最小值的所述第一阵列和所述第二阵列中的任何一个作为真阵列，并且将与所述真阵列相对应的DOA估计为目标的实际DOA。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，当将所述时域Rx信号转换为频域Rx信号时，所述信号处理器使用希尔伯特转换算法将所述时域Rx信号转换为复数信号，通过对所述复数信号执行两个快速傅立叶转换(FFT)处理来将所述复数信号转换为频域信号，并对所述频域信号进行校正。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，当从所述两个区域提取信号时，所述信号处理器根据相位差将作为第二FFT区域的多普勒域划分为两个区域，并从所述两个区域中的每个区域提取与所述两个区域中的每个区域对应的多普勒频率和峰值。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，当计算最小值时，所述信号处理器将从所述两个区域提取的信号分别定义为第一信号和第二信号，并将所述第一信号和所述第二信号在所述第一阵列和所述第二阵列中组合，其中，在所述第一阵列处，所述第二信号位于所述第一信号之后，在所述第二阵列处，所述第一信号位于所述第二信号之后，并使用确定性最大似然(DML)算法计算所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个的最小值。
5.一种在MIMO系统中估计DOA的方法，包括：
在通过两个Tx天线发送具有不同相位的Tx信号后，由接收器通过两个或更多个Rx天线接收从前向目标反射并返回的Rx信号，并将所述Rx信号转换为时域Rx信号；
由信号处理器将来自所述接收器的所述时域Rx信号转换为包括范围相关域和速度相关多普勒域的频域中的Rx信号；
由所述信号处理器根据各个Tx天线使用的Tx信号之间的相位差，将所述多普勒域划分为两个区域，并从所述两个区域提取信号；
由所述信号处理器将从所述两个区域提取的信号在第一阵列和第二阵列中组合，并使用DML算法为所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个计算最小值；和
由所述信号处理器选择具有最小值的所述第一阵列和所述第二阵列中的任何一个作为真阵列，并将与所述真阵列相对应的DOA估计为目标的实际DOA。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述时域Rx信号转换为频域Rx信号包括：
使用希尔伯特转换算法将所述时域Rx信号转换为复数信号；
通过对所述复数信号执行两个FFT处理而将所述复数信号转换为频域信号；和
对所述频域信号进行校正。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述提取信号包括：
根据所述相位差将作为第二FFT区域的多普勒域划分为两个区域；和
从所述两个区域中的每个区域提取与所述两个区域中的每个区域对应的多普勒频率和峰值。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述计算最小值包括：
将从所述两个区域提取的信号分别定义为第一信号和第二信号；
将所述第一信号和所述第二信号在所述第一阵列和所述第二阵列中组合，其中，在所述第一阵列处，所述第二信号位于所述第一信号之后，在所述第二阵列处，所述第一信号位于所述第二信号之后；和
使用DML算法计算所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个的最小值。
CN202010165344.3A 2019-03-11 2020-03-11 估计mimo系统中到达方向的装置和方法 Active CN111682911B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190027563A KR102182293B1 (ko) 2019-03-11 2019-03-11 Mimo 시스템에서 도래각 추정 장치 및 방법
KR10-2019-0027563 2019-03-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111682911A true CN111682911A (zh) 2020-09-18
CN111682911B CN111682911B (zh) 2022-04-05

Family

ID=72423822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010165344.3A Active CN111682911B (zh) 2019-03-11 2020-03-11 估计mimo系统中到达方向的装置和方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11211992B2 (zh)
KR (1) KR102182293B1 (zh)
CN (1) CN111682911B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102182293B1 (ko) * 2019-03-11 2020-11-24 현대모비스 주식회사 Mimo 시스템에서 도래각 추정 장치 및 방법
KR102641300B1 (ko) * 2021-12-03 2024-02-27 서울대학교 산학협력단 Mimo 레이더 신호의 위상 정보 기반 표적 탐지 방법 및 시스템
CN114978355B (zh) * 2022-04-11 2023-06-16 北京邮电大学 基于超外差中频泄露感知的太赫兹链路发现方法
KR20230147249A (ko) 2022-04-13 2023-10-23 연세대학교 산학협력단 자율주행 자동차를 위한 fda-mimo 레이더의 단일 수신 신호를 이용한 다중 사물 위치 추정 방법 및 장치
US20230333233A1 (en) * 2022-04-19 2023-10-19 Infineon Technologies Ag Radar system and method for performing direction of arrival estimation

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020041558A (ko) * 2000-11-28 2002-06-03 박종섭 이동통신 시스템에서 입사각 추정을 이용한 빔 형성 장치및 그 방법
US20060008022A1 (en) * 2004-07-02 2006-01-12 Icefyre Semiconductor Corporation Multiple input, multiple output communications systems
US20100067632A1 (en) * 2008-09-12 2010-03-18 Research In Motion Limited Long term evolution (lte) radio link timing synchronization
CN104239731A (zh) * 2014-09-24 2014-12-24 哈尔滨工业大学 Mimo-ukf-music目标方向估计方法
US20150369912A1 (en) * 2013-09-12 2015-12-24 Panasonic Corporation Radar device, vehicle, and moving object speed detection method
CN105785361A (zh) * 2016-03-08 2016-07-20 南京信息工程大学 一种阵元失效条件下的mimo雷达成像方法
US20190013849A1 (en) * 2017-06-20 2019-01-10 Anritsu Corporation Device and method for testing mimo scheme system

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100918717B1 (ko) 2003-04-21 2009-09-24 삼성전자주식회사 다입다출력 직교주파수분할다중화 이동통신 시스템에서의신호 시퀀스 추정 방법 및 장치
US10886979B2 (en) * 2004-04-02 2021-01-05 Rearden, Llc System and method for link adaptation in DIDO multicarrier systems
US10200094B2 (en) * 2004-04-02 2019-02-05 Rearden, Llc Interference management, handoff, power control and link adaptation in distributed-input distributed-output (DIDO) communication systems
US10187133B2 (en) * 2004-04-02 2019-01-22 Rearden, Llc System and method for power control and antenna grouping in a distributed-input-distributed-output (DIDO) network
US9819403B2 (en) * 2004-04-02 2017-11-14 Rearden, Llc System and method for managing handoff of a client between different distributed-input-distributed-output (DIDO) networks based on detected velocity of the client
KR100911085B1 (ko) * 2007-06-26 2009-08-06 현대자동차주식회사 차량용 접이식 모니터
US9698920B2 (en) * 2012-02-13 2017-07-04 Keysight Technologies Singapore (Holdings) Pte. Ltd. Radio channel data and the use thereof
GB2517710A (en) * 2013-08-28 2015-03-04 Aveillant Ltd Radar system and associated apparatus and methods
KR101628475B1 (ko) * 2014-08-27 2016-06-08 현대자동차주식회사 복수의 차량을 이용한 서라운드 음향 구현 방법
KR101648022B1 (ko) * 2015-01-09 2016-08-12 현대자동차주식회사 차량 및 차량의 제어방법
KR102449214B1 (ko) 2015-05-13 2022-09-30 주식회사 에이치엘클레무브 도래각 추정 장치 및 이를 이용한 도래각 추정 방법
US11592913B2 (en) * 2015-07-17 2023-02-28 Origin Wireless, Inc. Method, apparatus, and system for wireless writing tracking
KR102422396B1 (ko) * 2015-09-01 2022-07-20 주식회사 에이치엘클레무브 선형 위상 어레이 안테나의 공간 보간 방법 및 보간 장치
US11456788B2 (en) * 2016-07-15 2022-09-27 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Beam direction selection for a radio communications device
WO2018076362A1 (en) * 2016-10-31 2018-05-03 Southeast University Systems and methods for wireless communication with per-beam signal synchronization
DE102017119212A1 (de) * 2016-12-20 2018-06-21 Infineon Technologies Ag HF-Transceiver mit Testmöglichkeit
KR102668442B1 (ko) * 2016-12-29 2024-05-24 현대자동차주식회사 차량 및 차량의 제어방법
KR20180100982A (ko) * 2017-03-03 2018-09-12 에스케이하이닉스 주식회사 전자 장치 및 그 제조 방법
KR101953697B1 (ko) * 2017-04-06 2019-03-04 서울대학교산학협력단 균일 선형 배열 안테나 기반의 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치
KR102424252B1 (ko) * 2017-05-30 2022-07-25 한국전자통신연구원 협대역 레이더 장치 및 그것의 동작 방법
KR102448101B1 (ko) * 2017-11-06 2022-09-28 현대자동차주식회사 차량 및 그 제어 방법
WO2019126386A1 (en) * 2017-12-19 2019-06-27 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Methods and apparatus to realize scalable antenna arrays with large aperture
KR102323655B1 (ko) * 2018-01-08 2021-11-09 현대모비스 주식회사 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치
US10775493B2 (en) * 2018-03-28 2020-09-15 Infineon Technologies Ag System and method for controlling access to a trunk of a vehicle using a radar sensor
DE102018109001A1 (de) * 2018-04-16 2019-10-17 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Erzeugen einer kompakten Darstellung von Radardaten, eine Radarvorrichtung und eine Radardatenverarbeitungsschaltung
KR102592208B1 (ko) * 2018-07-10 2023-10-20 현대자동차주식회사 차량 위치 기반 IoT 서비스 제공 장치 및 방법
US10921436B2 (en) * 2018-08-13 2021-02-16 Nxp B.V. MIMO radar coding for resolving velocity ambiguity
DE102018121987A1 (de) * 2018-09-10 2020-03-12 Infineon Technologies Ag Frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radarsystem
KR20200106681A (ko) * 2019-03-05 2020-09-15 에스케이하이닉스 주식회사 전자 장치 및 그 제조 방법
KR102182293B1 (ko) * 2019-03-11 2020-11-24 현대모비스 주식회사 Mimo 시스템에서 도래각 추정 장치 및 방법
KR102668222B1 (ko) * 2019-05-22 2024-05-24 에스케이하이닉스 주식회사 전자 장치 및 그 제조 방법
DE102020115387A1 (de) * 2019-06-13 2020-12-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Radar-Vorrichtung
US11789138B2 (en) * 2019-06-27 2023-10-17 Intel Corporation Methods and apparatus to implement compact time-frequency division multiplexing for MIMO radar
US20210055734A1 (en) * 2019-07-04 2021-02-25 Hanoch Yokev Methods Circuits Devices Assemblies Systems and Related Machine Executable Code for Providing and Operating an Active Sensor on a Host Vehicle
KR20210077868A (ko) * 2019-12-17 2021-06-28 현대자동차주식회사 자율주행 차량의 제동 제어장치 및 그 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020041558A (ko) * 2000-11-28 2002-06-03 박종섭 이동통신 시스템에서 입사각 추정을 이용한 빔 형성 장치및 그 방법
US20060008022A1 (en) * 2004-07-02 2006-01-12 Icefyre Semiconductor Corporation Multiple input, multiple output communications systems
US20100067632A1 (en) * 2008-09-12 2010-03-18 Research In Motion Limited Long term evolution (lte) radio link timing synchronization
US20150369912A1 (en) * 2013-09-12 2015-12-24 Panasonic Corporation Radar device, vehicle, and moving object speed detection method
CN104239731A (zh) * 2014-09-24 2014-12-24 哈尔滨工业大学 Mimo-ukf-music目标方向估计方法
CN105785361A (zh) * 2016-03-08 2016-07-20 南京信息工程大学 一种阵元失效条件下的mimo雷达成像方法
US20190013849A1 (en) * 2017-06-20 2019-01-10 Anritsu Corporation Device and method for testing mimo scheme system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄磊: "MIMO米波雷达测高方法及跟踪处理技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111682911B (zh) 2022-04-05
US11211992B2 (en) 2021-12-28
KR102182293B1 (ko) 2020-11-24
US20200295816A1 (en) 2020-09-17
KR20200108646A (ko) 2020-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111682911B (zh) 估计mimo系统中到达方向的装置和方法
US11670866B2 (en) Radar apparatus using transmitting array antenna and receiving array antenna
CN110286376B (zh) 雷达装置
CN110018452B (zh) 使用虚拟接收信号的生成来估计到达方向的方法和设备
US11448745B2 (en) Sensor device and system, and biometric sensing method and system
US9470782B2 (en) Method and apparatus for increasing angular resolution in an automotive radar system
US9618616B2 (en) Radar apparatus
US10955542B2 (en) Radar apparatus and direction-of-arrival estimation device
JP4602267B2 (ja) 電子走査式レーダ装置
CN111656212B (zh) 雷达装置
CA3099857A1 (en) Method for phase calibration of high-frequency components of a radar sensor
EP3913391A1 (en) Processing radar signals
US20090322592A1 (en) Radar apparatus
JP3821688B2 (ja) レーダ装置
JP2010025928A (ja) 物標検出装置
JP2020024185A (ja) センサ装置およびシステムならびに生体センシング方法およびシステム
JP2021513657A (ja) 自動車用の角度分解型で広帯域のレーダセンサ
US11802960B2 (en) Phase correcting apparatus and method of transmission signal of vehicle radar, and vehicle radar apparatus with the same
KR102099388B1 (ko) 안테나 어레이 외삽을 이용한 레이더 수신신호의 도착방향 추정 방법 및 장치
WO2023003017A1 (ja) 水位検出装置
US20230144558A1 (en) Distributed radar system and method of operation thereof
US11520004B2 (en) System and method for generating point cloud data in a radar based object detection
JP5501578B2 (ja) レーダ装置
TWI808874B (zh) 用於交通工具的雷達系統及偵測方法
JP7191262B1 (ja) レーダ装置

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