CN111708026A - 具有前向和后向差分共阵列处理的高分辨率汽车雷达系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及具有前向和后向差分共阵列处理的高分辨率汽车雷达系统。提供了一种用于通过使用雷达控制处理单元来生成单基地虚拟阵列孔径的雷达系统、设备、架构和方法，所述雷达控制处理单元用于由从发射天线正交发射并在每个接收天线处接收到的雷达信号构造单基地MIMO虚拟阵列孔径，并且通过对所述单基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

Description

具有前向和后向差分共阵列处理的高分辨率汽车雷达系统

相关申请的交叉引用

与本申请同日提交的题为“分布式孔径汽车雷达系统(Distributed ApertureAutomotive Radar System)”，发明人为Ryan H.Wu和Arunesh Roy，代理人案号为82127206US01的美国专利申请第______号描述了示例性方法和系统并且通过引用整体并入。

与本申请同日提交的题为“具有交替式主雷达装置的分布式孔径汽车雷达系统(Distributed Aperture Automotive Radar System With Alternating Master RadarDevices)”，发明人为Ryan H.Wu，代理人案号为82144499US01的美国专利申请第______号描述了示例性方法和系统并且通过引用整体并入。

技术领域

本发明总体上涉及雷达系统和相关联的操作方法。在一方面，本发明涉及用独立的分布式雷达形成的汽车雷达系统。

背景技术

雷达系统可以用于检测附近目标的距离和速度。随着技术的进步，雷达系统现在可以应用于如汽车雷达安全系统等许多不同的应用中，但是并不是每个雷达系统都适合于每种应用。例如，77GHz调频连续波(FMCW)快速啁啾调制(FCM)雷达在高级驾驶员辅助系统(ADAS)中用作主传感器，并且在自动驾驶(AD)系统中用作安全传感器，但由于有限的角分辨率性能而未在AD系统中用作主传感器。为了能够在AD系统中将此类雷达系统用作取代驾驶员的主传感器，此类系统必须提供更好的角分辨率，但这通常需要更大的天线孔径，并且因此需要物理上更大的雷达。不幸的是，具有更大的雷达的要求可能与其它设计和/或操作约束(如将大孔径雷达集成到对设计、结构和/或操作有竞争性要求的车辆中)相冲突。例如，车辆的前部的设计或结构元件(例如，大灯、设计徽章、保险杠等)可能不容易允许添加大孔径雷达。使雷达的尺寸保持足够小以便雷达可以与车辆的其它部件集成意味着雷达的孔径受限，并且因此角分辨率受限。

现有的雷达系统已经尝试通过使用有效组合多个孔径较小的分布式雷达以形成较大的虚拟孔径的技术(例如，双基地多输入多输出雷达)来解决这些挑战。然而，这些技术通常要求分布式雷达共享共同参考本地振荡器(LO)信号(以便雷达以同一频率和时间参考操作)和/或要求对硬件和软件进行复杂且成本高昂的修改以将目标回波信号与来自其它发射器的信号互相关或混合。不幸的是，由于阻止稳健且经济地实施此类解决方案的汽车集成、复杂性和/或成本限制，可能无法满足这些要求。从上文可以看出，由于在现有雷达系统应用的性能、设计、复杂性和成本限制范围内实现尺寸较大的雷达的性能益处方面存在挑战，因此实际上极难实现现有雷达系统解决方案。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种分布式孔径雷达系统，其特征在于，包括第一小孔径雷达装置和第二小孔径雷达装置，所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置远离彼此物理分布并且连接到雷达控制处理单元，

所述第一小孔径雷达装置包括耦接到第一信号处理器组件的第一多个发射天线和接收天线，所述第一信号处理器组件被配置成响应于分别从所述第一小孔径雷达装置或所述第二小孔径雷达装置发射的第一雷达信号而生成至少第一单基地虚拟阵列孔径和第一双基地虚拟阵列孔径；

所述第二小孔径雷达装置包括耦接到第二信号处理器组件的第二多个发射天线和接收天线，所述第二信号处理器组件被配置成响应于分别从所述第二小孔径雷达装置或所述第一小孔径雷达装置发射的第二雷达信号而产生至少第二单基地虚拟阵列孔径和第二双基地虚拟阵列孔径；并且

所述雷达控制处理单元被配置成：

以相干方式组合来自所述第一分布式雷达装置和所述第二分布式雷达装置的虚拟阵列孔径，以构造比所述第一双基地MIMO虚拟阵列孔径或所述第二双基地MIMO虚拟阵列孔径大的经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径，并且

通过对所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成通过对所述双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径执行后向差分共阵列处理来构造显著大于所述双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径，从而减轻或抑制由双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

根据一个或多个实施例，所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的尺寸几乎是所述双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的尺寸的两倍。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成基于所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径计算波束成形输出。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成对来自所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的差分共阵列输出执行空间平滑，由此生成经过空间平滑的共阵列输出。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成基于所述经过空间平滑的共阵列输出计算波束成形输出。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成通过将所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的第一波束成形输出与所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径的最不稀疏的连续阵列部分的第二波束成形输出相乘来计算复合波束成形输出。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成基于来自所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的差分共阵列输出计算角度估计，并且使用超分辨率角度估计算法输出估计的目标角度和幅度信息。

根据一个或多个实施例，所述第一小孔径雷达装置包括第一本地振荡器参考时钟发生器，并且其中所述第二小孔径雷达装置包括第二独立的本地振荡器参考时钟发生器。

根据一个或多个实施例，在作为从单元操作时，所述第二小孔径雷达装置被配置成：

用快时间处理步骤和慢时间处理步骤处理来自所述第一小孔径雷达装置的目标回波和被窃听信号，

基于从所述快时间处理步骤和所述慢时间处理步骤得出的信息计算所述第一小孔径雷达装置与所述第二小孔径雷达装置之间的估计频率偏移和估计相位偏移，并且

应用所述估计频率偏移和所述估计相位偏移以在所述第二小孔径雷达装置处生成所述第二双基地虚拟阵列孔径，所述第二双基地虚拟阵列孔径与被选择作为主单元操作的所述第一小孔径雷达装置生成的所述单基地虚拟阵列孔径在频率和相位上相干。

根据一个或多个实施例，所述第一小孔径雷达装置包括第一本地振荡器参考时钟发生器，并且所述第二小孔径雷达装置包括第二本地振荡器参考时钟信号，所述第二本地振荡器参考时钟信号通过共同物理链路与第一本地振荡器参考时钟信号共同连接。

根据本发明的第二方面，提供一种雷达系统，包括：

多个发射天线和接收天线，所述多个发射天线和接收天线耦接到信号处理器组件，所述信号处理器组件被配置成响应于分别从所述多个发射天线发射的雷达信号而生成单基地虚拟阵列孔径；以及

雷达控制处理单元，所述雷达控制处理单元被配置成：

由从所述多个发射天线正交发射并在每个接收天线处接收到的雷达信号构造单基地MIMO虚拟阵列孔径，并且

通过对所述单基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述单基地MIMO

虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成通过对所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径执行后向差分共阵列处理来构造显著大于所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径，从而减轻或抑制由单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

根据一个或多个实施例，所述单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的尺寸几乎是所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的尺寸的两倍。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成基于所述单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径计算波束成形输出。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成对来自所述单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的差分共阵列输出执行空间平滑，由此生成经过空间平滑的共阵列输出。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成基于所述经过空间平滑的共阵列输出计算波束成形输出。

根据一个或多个实施例，所述雷达控制处理单元被另外配置成通过将所述单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的第一波束成形输出与所述单基地MIMO虚拟阵列孔径的最不稀疏的连续阵列部分的第二波束成形输出相乘来计算复合波束成形输出。

根据本发明的第三方面，提供一种用于操作包括多个发射天线和接收天线以及雷达控制处理单元的雷达系统的方法，其特征在于，所述方法包括：

从所述多个发射天线中的每个发射天线发射正交雷达信号；

在所述雷达控制处理单元处由在所述多个接收天线中的每个接收天线处接收到的所述正交雷达信号构造单基地MIMO虚拟阵列孔径，以及

在所述雷达控制处理单元处通过对所述单基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

根据一个或多个实施例，另外包括：通过对所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径执行后向差分共阵列处理来构造显著大于所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径，以减轻或抑制寄生旁瓣。

附图说明

当结合以下附图考虑以下对优选实施例的详细描述时，可以理解本发明，并且可以获得本发明的许多目的、特征和优点。

图1是根据本公开的所选实施例的分布式相干雷达系统的简化示意图。

图2A-图2E是根据本公开的所选实施例的由两个分布式雷达提供的物理雷达孔径和MIMO虚拟阵列孔径的简化图解性描绘。

图3描绘了根据本公开的所选实施例的三种类型的阵列处理例子的波束成形器输出结果的模拟归一化空间频率或角度谱。

图4描绘了图3示出的模拟角度谱的放大图。

图5示出了简化流程图，所述简化流程图示出了根据本公开的第一所选实施例的用于组合多个分布式小孔径雷达以形成实际上很大的相干孔径的逻辑。

具体实施方式

描述了一种分布式孔径雷达系统、硬件电路、系统、架构和方法，其用于与不需要共享的共同本地振荡器参考的多个相干雷达共同产生目标场景信息。在所选实施例中，公开了一种信号处理方法和算法，其用于控制双基地或多基地雷达收发器中的多个物理分布的小孔径雷达，以确定主雷达与从雷达之间的频率偏移Δf₀和相位偏移

由此避免共享/共同LO信号和/或将接收到的其它发射器的发射与接收到的目标回波进行物理混合或关联的一个或多个要求。在其它实施例中，公开了一种分布式孔径双基地雷达系统，其用于通过在雷达之间交替主发射雷达的角色来构造经过扩展的多输入多输出(MIMO)孔径，由此提供比分布式孔径的经过组合的物理尺寸大的双基地MIMO孔径，从而大大提高角分辨率性能。在又其它实施例中，公开了一种信号处理方法和算法，其用于构造和累积单基地和双基地MIMO虚拟阵列输出，并且然后执行前向和后向差分共阵列处理和级联的物理和虚拟阵列处理的构造，以减轻或抑制所形成的雷达波束方向图中的寄生旁瓣。通过提供用于组合在频率和相位两者方面偏移的独立的分布式雷达的硬件解决方案和软件解决方案，所公开的分布式孔径雷达系统和方法高效地提供了孔径比所组合的总物理孔径大许多倍的相干双基地MIMO虚拟阵列，由此实现更好的灵敏度、更细的角分辨率和低误检率。而且，通过使用所公开的前向和后向单帧差分共阵列波束成形信号处理技术，可以用虚拟元件填充稀疏孔径，从而产生非常细的角分辨率，同时抑制由于寄生旁瓣引起的误检测。

在本公开的上下文中，应当理解，雷达系统可以在各种不同的应用中用作传感器，包括但不限于用于道路安全系统(如高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶(AD)系统)的汽车雷达传感器。在此类应用中，雷达系统用于测量到反射物体的径向距离和其相对径向速度，并通过如以下等性能标准表征：角分辨率(在同一距离和距离变化率(或径向速度)分辨单元处的雷达能够区分和分离彼此的两个相等大目标之间的最小距离)、灵敏度、误检率等。通常，调频连续波(FMCW)调制技术用于通过从多个发射天线发射FMCW调制信号来标识雷达目标(如汽车或行人)的距离和/或速度，使得在多个接收天线处接收到来自所述雷达目标的反射信号并对其进行处理，以确定雷达目标的径向距离以及相对径向速度和方向。然而，在当前汽车设计的情况下，车辆可以包括多个彼此独立操作的雷达。通常，一个雷达的发射不会被任何其它雷达使用，而相反被视为需要避免或抑制以防止干扰的干扰。可替换的是，来自各个雷达的输出可以独立使用，或以非相干方式集成或通过跟踪器融合。在文献中已知用于以非相干方式组合多个前端片上系统装置的技术；参见例如以下参考文献：P.Swirhun,“雷达收发器的毫米波电路设计(Millimeter-Wave Circuit Design forRadar Transceivers)”(2013)；题为“MR2001：77GHZ雷达收发器芯片组(MR2001:77GHZRadar Transceiver Chipset)”(2015)的NXP情况说明书(NXP Fact Sheet)；以及题为“AWR1642毫米波传感器：用于短距离雷达应用的76-81GHz片上雷达(AWR1642mmWavesensor:76-81-GHz radar-on-chip for short-range radar applications)”(2017)的德州仪器(Texas Instruments)出版物。然而，非相干集成或跟踪融合不会提高系统角性能。

并且，尽管存在将分布式孔径组合以形成较大孔径的系统，但此类系统通常要求分布式雷达共享共同参考本地振荡器(LO)信号，以便所述雷达以同一频率和时间参考操作。通常通过物理波导连接(例如，PCB传输线、衬底集成波导、同轴电缆等)或甚至在操作频率范围内具有精确测量的相位延迟的无线连接共享共同参考LO信号。在文献中已知用于将多个前端片上系统装置与共享的分布式LO信号组合的技术；参见例如以下参考文献：F.Starzer等人,“RF-PCB衬底上具有19GHz信号分配的新颖77GHz雷达前端(A Novel 77-GHz Radar Frontend with19-GHz Signal Distribution on RF-PCB Substrate)”,2010RF系统中硅单片集成电路专题会议(2010Topical Meeting on Silicon MonolithicIntegrated Circuits in RF Systems(SiRF)),第152-155页(2010)；授予J.Nayyar等人的题为“雷达系统中的分布式雷达信号处理(Distributed Radar Signal Processing in aRadar System)”的美国专利公开第2016/0018511A1号；以及“德州仪器应用报告，AWR1243级联(Texas Instruments Application Report,AWR1243 Cascade)”(2017年10月，2017年12月修订)。然而，经常存在汽车集成约束阻止稳健且经济地实施此类连接的情况。

作为物理上共享LO信号的替代方案，还可以将分布式孔径组合在如双基地雷达系统等系统中，所述系统通过使每个雷达接收其它雷达的发射并且然后将目标回波与从其它雷达接收到的发射进行互相关来估计目标参数，从而形成单个大孔径。多基地雷达技术在文献中是已知的；参见例如以下参考文献：授予D.Holberg的题为“不需要参考数据传输的双基地雷达配置(Bistatic radar configuration not requiring reference-datatransmission)”的美国专利第3,487,462号；授予M.Afendykiw等人的题为“双基地无源雷达(Bistatic passive radar)”的美国专利第3,812,493号；以及授予K.Tung等人的题为“多基地相关雷达(Polystatic correlating radar)”的美国专利第4,994,809号。然而，由于缺少用于参考信号的专用互相关器电路系统，所以此类方法需要对现有汽车雷达收发器硬件和软件进行相对复杂且成本高昂的修改。

为了解决常规解决方案的这些限制和本领域的技术人员已知的其它限制，现在参考图1，图1描绘了包括连接到雷达控制器处理器30的两个或更多分布式雷达装置10、20的分布式相干雷达系统100的简化示意图。在所选实施例中，分布式雷达装置10、20中的每个分布式雷达装置可以具体化为被设计成在操作位置被快速更换的现场可更换单元(LRU)或模块化组件。类似地，雷达控制器处理器30可以被具体化为现场可更换单元(LRU)或模块化组件。虽然示出了两个分布式雷达装置10、20，但应当理解，可以使用另外的分布式雷达装置。另外，可以以集成电路形式实施所描绘的雷达系统100，其中分布式雷达装置10、20和雷达控制器处理器30根据应用使用单独的集成电路(芯片)或单个芯片形成。

每个分布式雷达装置10、20包括分别连接到一个或多个射频(RF)发射器(TX)单元11、21和接收器(RX)单元12、22的一个或多个发射天线元件TX_i和接收天线元件RX_j。例如，每个雷达装置(例如，10)被示出为包括分别连接到三个发射器模块(例如，11)和四个接收器模块(例如，12)的单独的天线元件(例如，TX_1,i、RX_1,j)，但是这些数目不具有限制性并且可以使用其它数目，如四个发射器模块11和六个接收器模块12或单个发射器模块11和/或单个接收器模块12。每个雷达装置10、20还包括被配置成和被连接以向发射器模块11、21供应啁啾输入信号的啁啾发生器112、132。为此，啁啾发生器112、132被连接以接收单独且独立的本地振荡器(LO)信号发生器110、130，使得分布式雷达10、20不共享共同本地振荡器(LO)信号，而是以如本文所公开的协调但不相干的方式操作。另外，虽然可以在啁啾发生器112、132之间共享共同的啁啾启动触发信号，但是由于存在信号路径差异和可编程数字延迟元件111、131，所以延迟可能有所不同。因此，发射器元件11、12以非相干的方式操作，因为即使发射器元件11、12被编程为发射相同的波形并共享共同的时间表，所生成的波形也可能具有不同的起始频率、相位和发射时间。

雷达系统100还包括雷达控制器处理单元30，所述雷达控制器处理单元30被连接以向分布式雷达装置10、20供应输入控制信号，并从所述分布式雷达装置10、20接收由接收器模块12、22生成的数字输出信号。在所选实施例中，雷达控制器处理单元30可以被具体化为被配置和被布置用于信号处理任务(如但不限于目标识别、计算目标距离、目标速度和目标方向)并且生成控制信号的微控制器单元(MCU)或其它处理单元。雷达控制器处理单元30可以例如被配置成生成校准信号、接收数据信号、接收传感器信号、生成频谱整形信号(如在FMCW雷达的情况下，斜坡生成)和/或用于RF(射频)电路启用序列的状态机信号。另外，雷达控制器处理器30可以被配置成将一个或多个模块11、21编程为通过发射在由分布式发射天线元件TX_i和分布式接收天线元件RX_j形成的分布式孔径的组合构造虚拟孔径时使用的MIMO波形以协调方式操作。

在所示例子中，每个啁啾发生器112、132响应于延迟电路111、131生成的啁啾启动触发信号和由频率合成器单元110、130生成的对应参考本地振荡器信号LO#1、LO#2而产生啁啾信号。因为参考LO信号是独立的，所以所述参考LO信号可以具有不同的频率值和相位值，这进而影响所生成的啁啾信号的频率和相位。来自每个发生器112、132的所得啁啾信号然后由RF调节单元113、133处理，并在功率放大器(PA)114、134处放大，所述PA 114、134将所述信号放大到适于由发射器天线单元TX_1,i、TX_2,i以雷达信号形式发射的电平。尽管未示出，但是应当理解，发射器模块11、21可以包括另外的处理电路，如数模转换器(DAC)、移相器(或相位旋转器)、缓冲器、混频器、滤波器等。

发射器天线单元TX_1,i、TX_2,i发射的雷达信号可能被如车辆1等物体反射。经过反射的雷达信号的一部分(例如，单基地目标回波)到达第一分布式雷达装置10处的接收器天线单元RX_1,i，并且另一部分(例如，双基地目标回波)到达第二分布式雷达装置20处的接收器天线单元RX_2,i。在每个接收器模块12、22处，接收到的(射频)天线信号被低噪声放大器(LNA)120、140放大，然后被馈送到混频器121、141，在所述混频器121、141处，所述天线信号与RF调节单元113、133生成的经过RF调节的信号混合。所得的中频信号被馈送到第一高通滤波器(HPF)122、142。所得的经过滤波的信号被馈送到第一可变增益放大器123、143，所述第一可变增益放大器123、143在将信号馈送到第一低通滤波器(LPF)124、144之前放大所述信号。此经过再滤波的信号被馈送到模拟/数字转换器(ADC)125、145，并由每个接收器模块12、22以数字信号D1、D2等的形式输出。

为了使每个接收器模块11、21能够将所发射的雷达信号与经过反射的雷达信号进行区分，可以对所发射的雷达信号进行编码，使得所发射的雷达信号可以在接收器模块12、22处分离。此类可分离性可以利用码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)或时分多址(TDMA)技术来实现。例如，每个分布式雷达装置(例如，10)上的发射器天线单元TX_i可以被控制和被配置成一次发射一个信号以形成时分MIMO孔径。在另一个例子中，每个发射器天线单元TX_i可以被控制和被配置成以某个频移量进行发射，从而形成多普勒分(Doppler-Division，DD)或频分(FD)MIMO孔径。在又另一个例子中，每个发射器天线单元TX_i可以被控制和被配置成一次性发射全部信号，但是以利用跨发射器正交的伪随机序列编码的啁啾进行发射，从而形成码分(CD)MIMO孔径。

在雷达控制器处理器30的控制下，分布式相干雷达系统100被配置成可操作地组合多个物理上分离的小孔径雷达10、20以充当单个较大相干孔径雷达。为此，雷达控制器处理器30可以配置有双基地雷达模块31，所述双基地雷达模块31可操作以在不需要将接收到的目标回波与从其它发射器接收到的信号进行物理混合或相关的情况下组合分布式孔径信号结果。然而，为了实现这种结果，在系统可以通过协调分布式雷达装置10、20以相干方式操作而充当单个雷达之前，必须确定参考LO信号在起始频率和相位方面的差异。因此，双基地雷达模块31包括产生频率偏移测量结果(Δf₀)和相位偏移测量结果

的频率/相位测量模块37。通过使用频率/相位测量模块37来计算或测量分布式雷达10、20之间的频率偏移和相位偏移，可以补偿差异，并且然后可以以相干方式处理不同的雷达信号，如同所述雷达是单个雷达一样。应当注意，假设分布式雷达之间的时间偏移(Δt₀)是已知的，所述时间偏移是在工厂安装和系统集成和测试时测量的。

除了双基地雷达孔径构造外，雷达控制器处理器30还可以被配置成构造并累积多输入多输出(MIMO)阵列输出以形成MIMO孔径。为此，雷达控制器处理器30可以配置有MIMO虚拟阵列模块38，所述MIMO虚拟阵列模块38可操作以在分布式雷达装置10、20之间交替发射“主”角色，使得可以基于MIMO雷达原理形成经过扩展的MIMO孔径。操作时，MIMO虚拟阵列模块38按顺序选择分布式雷达装置10、20中的每个分布式雷达装置充当“主”雷达，而剩余的雷达装置作为一个或多个“从”雷达操作，直到全部分布式雷达装置10、20都已经被选择为主单元一次。所选主单元雷达装置发射雷达波形，并且一个或多个从单元雷达装置使用正常雷达波形的相同的距离和多普勒处理步骤定向接收和处理主雷达的发射波形。在应用由频率/相位测量模块37计算的估计频率偏移(Δf₀)和相位偏移

的情况下，每个从雷达产生相干目标测量结果，雷达控制器处理器30使用所述相干目标测量结果来构造并累积单基地MIMO阵列输出和双基地MIMO阵列输出。所得的双基地MIMO孔径甚至大于分布式孔径的经过组合的物理尺寸，从而大大提高角分辨率性能。如果所得MIMO阵列有多个部分，则MIMO虚拟阵列模块38可以被配置成标识并选择所述MIMO阵列的最不稀疏的部分，以计算第一组波束成形输出。

如将理解的，发射天线元件TX_i和接收天线元件RX_j的间隔和布置可以使得可以构造稀疏的双基地MIMO阵列(例如，包含孔或间隙)，从而在所形成的雷达波束方向图中产生高栅瓣。为了解决稀疏阵列的潜在栅瓣或寄生波瓣问题，雷达控制器处理器30可以配置有共阵列处理模块39，所述共阵列处理模块39可操作以作为用于抑制寄生旁瓣的缓解技术执行前向和后向差分共阵列处理和级联的物理和视觉阵列处理。操作时，雷达控制器处理器30使用共阵列处理模块39基于MIMO阵列输出构造前向和后向差分共阵列输出。如果所形成的差分共阵列是均匀间隔的，则雷达控制器处理器30可以对差分共阵列输出执行空间平滑。另外或可替换的是，雷达控制器处理器30可以被配置成基于(经过空间平滑的)共阵列输出来计算第二波束成形输出，并且然后基于第一波束成形输出和第二波束成形输出来计算复合波束成形输出。基于这种处理，雷达控制器处理器30然后可以生成并输出目标距离-多普勒-角度图数据。

频率/相位测量

如以上所指示的，本公开的所选实施例提供了一种方法和设备，其用于确定或测量分布式雷达装置10、20之间的要在通过补偿分布式雷达的雷达测量结果以便以相干方式进行处理来由多个物理上分离的或分布式小孔径雷达构造大相干虚拟孔径雷达时使用的频率差和相位差。在所描绘的分布式相干雷达系统100中，用雷达控制器处理器30的例子示出了这一点，所述雷达控制器处理器30协调两个分布式雷达装置10、20的相干操作，所述分布式雷达装置10、20各自由三个发射通道、四个接收通道和一个独立的参考LO发生器组成。

出于说明的目的，选择第一雷达装置10作为主单元来实施时分MIMO过程，其中第一发射天线(TX_1,1)进行辐射，而剩余的发射天线(TX_1,2、TX_1,3)不进行辐射。按设计，第二雷达装置20窃听来自第一发射天线TX_1,1的发射信号，以接收发射信号并以与第二雷达装置20处理其自身的目标回波的方式相同的方式对接收到的信号执行快时间处理和慢时间处理。在图1中，通过第二雷达装置示出了这一点，所述第二雷达装置在接收天线(RX_2,j)中的一个或多个接收天线处接收一个或多个窃听传播通道。在由接收器模块12、22处理之后，数字信号D1、D2各自由快时间(距离)FFT模块32和慢时间(多普勒)FFT模块33处理，从而生成距离-多普勒图(RDM)。因为被窃听的信号很强，所以很容易从距离-多普勒图中的目标回波中标识所述信号。

通过预先测量窃听通道的传播延迟(例如，在工厂安装时或在系统集成和测试期间)，可以容易地找到(最强的)窃听峰值的距离位置。如下文更全面地描述的，频率/相位测量模块37可以被配置成使用(最强的)窃听峰值的多普勒和峰值幅度相位信息分别得到发射雷达10与窃听雷达20之间的频率偏移Δf₀和相位偏移

如果来自多个接收器的窃听信号可用，则可以通过补偿窃听传播通道的接收天线之间的预先测量的相位差来相干地组合所述信号，并且然后对其进行矢量求和。这相当于在发射天线(例如，TX_1,1)的方向上形成定向接收波束。可替换的是，可以通过将从雷达装置20处的接收器通道连接到指向主雷达装置10的定向天线来使所述接收器通道专用于窃听主雷达装置10的发射。如果传播环境指示较高的增益，则这可能是必需的。

虽然频率/相位测量模块37可以使用任何合适的处理步骤序列来测量或计算频率偏移Δf₀和相位偏移

但是参考分布式相干雷达系统100示出了示例推导序列，其中第一雷达装置10中的发射器模块(例如，11)被选择为主雷达以利用发射天线TX_1,1进行发射，并且其中第二雷达装置20中的窃听雷达接收器(例如，RX_2,1、RX_2,2、RX_2,3、RX_2,4)作为从雷达进行操作。在此布置中，从雷达与主雷达之间的频率偏移(f₁–f₂)可以表示为Δf₀(以Hz计)，时间偏移(t₁–t₂)可以表示为Δt₀(以秒计)，并且雷达之间的相位偏移

可以表示为

(以弧度计)。参考啁啾发生器112、132，线性调频(LFM)啁啾的起始频率可以表示为f₀(以Hz计)，并且啁啾率可以表示为

(以Hz/sec计)。在不失一般性的情况下，可以假设初始相位和发射时间都为零，并且幅度为“1”。

在此理解的情况下，在从雷达的接收器21的混频器141的输出处接收到的雷达信号y_ms(t)可以被建模如下：

从Rx处的主的啁啾：

主自身的啁啾：

从的混频器输出：

混频器的输出处的瞬时频率f_ms(t)可以通过取从在混频器的输出处接收到的信号y_ms(t)的时间导数来获得，如下所示。

混频器输出处的瞬时频率：

如等式模型f_ms(t)所示，f_ms(t)的瞬时频率随时间推移以速率

线性变化。在知道瞬时频率f_ms(t)对应于信号的时间延迟，并且知道瞬时频率f_ms(t)的速率对应于多普勒频移的情况下，可以看出，值

是可以根据在慢时间(多普勒)FFT模块33的输出处生成的距离-多普勒图(RDM)上标识的被窃听信号峰值的多普勒位置直接得出的可观测的量。在图1中，通过从生成距离-多普勒图的慢时间(多普勒)FFT模块33的接收输入的频率/相位测量模块37示出了这一点。为了获得较高的精度估计，慢时间(多普勒)FFT模块33可以对接收到的雷达信号执行过采样(例如，对用于FFT的慢时间样本进行补零)。

基于第一观察，即，可以根据距离-多普勒图(RDM)上标识的被窃听信号峰值的多普勒位置直接得出值

可以看出，瞬时频率模型的等式

是可以根据在快时间(距离)FFT模块32的输出处生成的快时间FFT信号估计的可观测的量。具体地说，其对应于慢时间(多普勒)FFT模块33生成的距离-多普勒图(RDM)上的被窃听信号的峰值的距离位置。在图1中，通过从生成距离-多普勒图的慢时间(多普勒)FFT模块33的接收输入的频率/相位测量模块37示出了这一点。如将理解的，可以通过在快时间(距离)FFT模块32处进行过采样(例如，补零)来获得较高的精度估计。由于Δt₀为预先测量的已知值，

是根据所标识的被窃听信号峰值的多普勒位置获得的，并且

为已知的啁啾率，因此可以看出，可以根据f_ms(t)的瞬时频率模型的等式求解值Δf₀。

基于混频器输出模型y_ms(t)的所得出的等式，可以看出，瞬时频率等式项

是对应于被窃听信号的峰值幅度的相位的可观测的量，并且可以通过将快时间FFT的相位除以2π来估计。假设已知且已获得f₀、Δf₀、Δt₀和

的值，并进一步假设

可忽略不计(事实上，整个

可能可忽略不计)，因此可以求解

为了测量或计算分布式雷达之间的频率偏移测量结果(Δf₀)和相位偏移测量结果

频率/相位测量模块37被连接以接收双基地雷达模块31中的处理步骤32-36的结果，所述结果采用由目标跟踪模块36生成的目标航迹(TRACKS)的形式或直接来自如快时间(距离)FFT模块32和/或慢时间(多普勒)FFT模块33等中间处理阶段。利用这些输入，频率/相位测量模块37还配置有控制代码和数据结构，以表示混频器输出信号y_ms(t)和瞬时混频器输出频率f_ms(t)的信号模型，并产生分布式雷达之间的频率偏移测量结果(Δf₀)和相位偏移测量结果

通过以对从测量结果(或者可替换的是，主测量结果)的补偿的形式应用所得出的频率偏移测量结果和相位偏移测量结果，雷达控制器处理器30有效地补偿了差异和雷达信号，使得可以以相干方式处理所述雷达信号，如同所述两个雷达是单个相干雷达一样。

具有交替式主雷达的双基地MIMO虚拟阵列孔径

如以上所指示的，本公开的所选实施例提供了一种方法和设备，其用于通过在雷达之间交替主发射雷达的角色由多个分布式较小孔径构造双基地多输入多输出(MIMO)虚拟阵列孔径，由此提供大于分布式较小孔径的经过组合的物理尺寸的虚拟阵列孔径，从而大大提高角分辨率性能。在所描绘的分布式相干雷达系统100中，通过雷达控制器处理器30的例子示出了这一点，其中MIMO虚拟阵列模块38通过在两个分布式雷达装置10、20之间交替主雷达的角色来协调所述分布式雷达装置10、20的相干操作。

作为初始步骤，选择第一雷达装置10作为实施时分MIMO过程的主单元，其中第一发射天线(TX_1,1)被选择用于发射或辐射雷达信号，而剩余的发射天线(TX_1,2、TX_1,3)不辐射。所选主雷达装置10的接收器天线RX_1,1到RX_1,4和从雷达装置20的接收器天线RX_2,1到RX_2,4接收并处理单基地目标回波和双基地目标回波，如所示出的。随后，按顺序选择所选主雷达装置10的第二发射天线(TX_1,2)和第三发射天线(TX_1,3)，以发射或辐射在接收器天线RX_1,1-RX_1,4和RX_2,1-RX_2,4处以目标回波形式接收和处理的雷达信号。基于在从雷达装置20的接收器天线RX_1,1-RX_1,4处接收到的来自主雷达装置10的目标回波，可以形成第一单基地MIMO虚拟阵列孔径。另外，可以由在雷达装置20的接收器天线RX_2,1-RX_2,4处接收到的来自主雷达装置10的目标回波形成第二双基地MIMO虚拟阵列。单基地MIMO孔径和双基地MIMO孔径一起形成由天线元件位置组成的双基地MIMO虚拟孔径，所述天线元件位置是发射天线元件位置和接收器天线元件位置的矢量和。

为提供另外的细节以更好地理解本公开的所选实施例，现在参考图2A-C，图2A-C提供了根据本公开的所选实施例的可以由分布式雷达装置201、202生成的物理雷达孔径和所得的MIMO虚拟阵列孔径的简化图解性描绘。具体地说，图2A示出了第一雷达装置201和第二雷达装置202的分布式布置200A，所述第一雷达装置201和第二雷达装置202各自具有相对于彼此对称定位和分布的三个发射天线和三个接收器天线。具体地说，第一分布式雷达装置201包括三个物理发射天线T_1,1-T_1,3，其中三个物理接收器天线R_1,1-R_1,3定位于第一物理发射天线T_1,1与第二物理发射天线T_1,2之间。在镜像布置的所描绘例子中，第二分布式雷达装置202包括三个物理发射天线T_2,1-T_2,3，其中三个物理接收器天线R_2,1-R_2,3定位于第二物理发射天线T_2,2与第三物理发射天线T_2,3之间。在不失一般性的情况下，物理天线被示出为以线性方式定位，但是也可以以非线性方式布置。

为了示出当第一雷达装置201被选择为主雷达时可以利用分布式雷达装置201、202形成的示例虚拟阵列孔径，现在参考图2B，图2B示出了通过从第一雷达装置201的三个发射天线T_1,1-T_1,3发射雷达信号而形成的第一MIMO虚拟阵列孔径200B，所述雷达信号是在接收天线R_1,1-R_1,3、R_2,1-R_2,3处从雷达装置201、202两者接收到的。在左侧，单基地MIMO虚拟阵列元件204由主雷达装置201上的接收天线R_1,1-R_1,3生成，所述接收天线R_1,1-R_1,3接收由主雷达装置201的发射天线T_1,1-T_1,3按顺序辐射的雷达发射信号。在右侧，双基地MIMO虚拟阵列元件205由雷达装置202上的接收天线R_2,1-R_2,3生成，所述接收天线R_2,1-R_2,3接收由主雷达装置201的三个发射天线T_1,1-T_1,3按顺序辐射的雷达发射信号。因此，第一MIMO虚拟阵列孔径200B的元件比物理阵列200A的元件多，并且占据更大(更宽)的区域。由于角分辨率与孔径尺寸成反比，所以(与物理阵列200A相比)MIMO虚拟阵列孔径200B提高了角分辨率。然而，还可以看出，第一MIMO虚拟阵列孔径200B为包含虚拟阵列元件之间的孔或间隙的“稀疏”阵列。

根据本公开的所选实施例，还可以通过选择第二雷达装置202作为主单元进行操作使得第一雷达装置201作为从单元进行操作来进一步增大MIMO虚拟阵列孔径的尺寸。在第二雷达装置202被选择为主单元并且第一雷达装置201被选择为从单元的此布置中，第二(主)雷达装置202的三个发射天线T_2,1-T_2,3按顺序用于在雷达装置201、202两者的接收天线R_1,1-R_1,3、R_2,1-R_2,3处生成目标回波。在雷达装置201、202没有共享或共同的参考LO信号的情况下，在雷达装置201、202之间切换“主单元”角色的能力要求获得频率偏移测量结果和相位偏移测量结果并应用这些测量结果来补偿从测量结果(或相反，补偿主测量结果)，并且由此实现对来自雷达装置201、202的经过组合的目标回波进行相干处理。

在将雷达装置201、202两者用作“主”单元以从所有发射天线T_1,1-T_1,3、T_2,1-T_2,3发射雷达信号之后，可以形成第二MIMO虚拟阵列孔径200C，如图2C所示。如所描绘的，第二MIMO虚拟阵列孔径200C包括第一组单基地MIMO虚拟阵列元件206，所述第一组单基地MIMO虚拟阵列元件206由接收天线R_1,1-R_1,3在从(指定为主的)第一雷达装置201的发射天线T_1,1-T_1,3接收按顺序发射的雷达发射信号时生成。另外，第二MIMO虚拟阵列孔径200C包括第二组单基地MIMO虚拟阵列元件208，所述第二组单基地MIMO虚拟阵列元件208由接收天线R_2,1-R_2,3在从(指定为主的)第二雷达装置202的发射天线T_2,1-T_2,3接收按顺序发射的雷达发射信号时生成。最后，第二MIMO虚拟阵列孔径200C包括第三组双基地MIMO虚拟阵列元件207，所述第三组双基地MIMO虚拟阵列元件207由接收天线R_1,1-R_1,3、R_2,1-R_2,3在从雷达装置201的发射天线T_1,1-T_1,3、T_2,1-T_2,3接收按顺序发射的雷达发射信号时生成。如用分组框209所示，第三组双基地MIMO虚拟阵列元件207包括第一雷达装置和第二雷达装置在以其对应的主单元角色动作时的冗余或重叠贡献。借助于在分布式雷达装置201、202之间交替主角色，第二MIMO虚拟阵列孔径200C的元件比虚拟阵列200B的元件多，并且占据更大(更宽)的区域，这是因为第二MIMO虚拟阵列孔径200C基于所有六个发射天线T_1,1-T_1,3、T_2,1-T_2,3和接收器天线R_1,1-R_1,3、R_2,1-R_2,3。因此，与第一MIMO虚拟阵列孔径200B相比，较大的第二MIMO虚拟阵列孔径200C提高了角分辨率。然而，还可以看出，第二MIMO虚拟阵列孔径200C仍然是包含虚拟阵列元件之间的孔或间隙的“稀疏”阵列，但是第三组双基地MIMO虚拟阵列元件207是最不稀疏的连续阵列部分。

虽然参考在两个分布式雷达201、202之间交替主雷达角色描述了第二MIMO虚拟阵列孔径200C，但是应当理解，所述原理可以容易地扩展到另外的雷达。另外，交替主雷达发射的益处可以扩展到非LFM(线性调频)啁啾雷达，以及除了TD-MIMO之外的其它形式的MIMO。

前向和后向差分共阵列处理

如以上所指示的，要组合的物理孔径(例如，201、202)的分布式性质使得可以形成较大的MIMO虚拟阵列孔径(例如，200C)，所述MIMO虚拟阵列孔径可能是稀疏的(即，包含孔或间隙)并且由于奈奎斯特采样要求而不会被虚拟天线元件完全填充，并且由于空间域中的欠采样和/或非均匀采样，所得的所形成的波束包含寄生旁瓣。栅瓣或总体而言寄生旁瓣的存在增加了角域中产生错误目标检测的可能性。

为了解决本领域的技术人员已知的这些限制和其它限制，本公开的所选实施例提供了一种信号处理设备、方法和算法，其用于构造并累积单基地、双基地和多基地MIMO虚拟阵列输出并且然后执行前向和后向差分共阵列处理和级联的物理和虚拟阵列处理的构造，以减轻或抑制所形成的雷达波束方向图中的寄生旁瓣。在所描绘的分布式相干雷达系统100中，通过雷达控制器处理器30的例子示出了这一点，其中共阵列处理模块39构造单基地MIMO虚拟孔径和双基地MIMO虚拟孔径，并且然后执行前向和后向差分共阵列构造，以减轻稀疏阵列的潜在栅瓣或寄生波瓣问题。可以进一步用窗口函数对所生成的共阵列输出进行加权，以抑制所形成的波束方向图中的旁瓣。另外，可以进一步用由MIMO虚拟孔径的连续部分或不太稀疏的部分对所生成的阵列波束方向图进行加权，以进一步抑制寄生波瓣。

虽然共阵列处理模块39可以使用任何合适的处理步骤序列来执行前向和后向差分共阵列处理，以减轻由于空间欠采样和非均匀采样引起的寄生旁瓣，但是参考MIMO虚拟阵列孔径200C示出了示例处理序列，所述MIMO虚拟阵列孔径200C被进一步处理以产生图2D所示的MIMO虚拟阵列孔径200D。具体地说并且如下文更全面描述的，首先构造前向和后向差分共阵列，并且然后基于所构造的虚拟阵列的输出形成接收波束。对于要处理的每个距离-多普勒单元来说，根据以下步骤进一步处理所述距离-多普勒单元跨所形成的MIMO阵列的天线输出。在不失一般性的情况下，假设存在具有等间隔的空间样本的线性阵列。

参考图2C中所示的MIMO虚拟阵列孔径200C，第i个MIMO虚拟阵列天线元件的位置可以表示为x_i＝n_i*d，其中d是单位元件间隔(以米计)，并且n_i是整数。理想情况下，d应该是用于对整个180°视场进行无模糊采样的半波长。实际上，天线的视场小于180°，因此可以使用大于半波长的间隔。

前向和后向差分共阵列构造从相对于差分元件对间隔构造元件对开始。在存在四个天线元件的例子中，在[x₁,x₂,x₃,x₄]＝[1,2,3,5]*d的情况下，则共阵列虚拟元件表示为x_i,j＝x_i-x_j。

对于前向差分共阵列的构造，产生零或正差分间隔的所有组合如以下例子所示：

x_1,1＝0

x_2,1＝d

x_3,1＝2d

x_4,1＝4d

x_2,2＝0

x_3,2＝d

x_4,2＝3d

x_3,3＝0

x_4,3＝2d

x_4,4＝0

在根据非负差分间隔值对天线对索引进行分组后，构建以下列表：

差分共阵列元件间隔	天线对索引
		0	x<sub>1,1</sub>、x<sub>2,2</sub>、x<sub>3,3</sub>、x<sub>4,4</sub>
d	x<sub>2,1</sub>、x<sub>3,2</sub>
		2d	x<sub>3,1</sub>、x<sub>4,3</sub>
3d	x<sub>4,2</sub>
		4d	x<sub>4,1</sub>

成对差分运算指示可以构造尺寸为五(5)个元件的差分共阵列孔径。所形成的元件输出应计算如下。

首先，第i个MIMO天线输出表示为y_i，这是第k个差分共阵列元件的输出。基于天线对索引{x_i1,j1,…,x_iM,jM}，第k个差分共阵列元件应计算为

所得的前向差分共阵列元件输出提供如下：

如上文所看到的，然后将输出{5₀,5₁,…5₄}用作对应于具有元件位置{0,d,2d,3d,4d}的天线阵列的输出。然后可以执行角处理，如波束成形。

以类似的方式，可以通过将前向差分共阵列表示为x_i,j＝x_i-x_j，并且然后选择产生非正差分间隔的所有组合基于相同的原理计算输出来构造后向差分共阵列。继续先前的例子，将后向差分共阵列的元件的对索引和输出标识为下面的后向差分共阵列元件输出表：

如上文所看到的，可以通过取复共轭从前向差分共阵列输出中得出虚拟元件输出。

基于经过组合的前向和后向差分共阵列构建最终孔径。在此例子中，由九(9)个元件构成的虚拟阵列由天线位置{-4d,-3d,-2d,-d,0,d,2d,3d,4d}形成。应当注意，如果FFT用于估计目标角度，并且任何均匀的线性阵列位置缺失输出，则应执行补零以提供缺失的阵列位置的输出。还应当注意，虽然用于设计差分共阵列的常规方法(例如，最小冗余阵列(MRA)技术)试图通过最大化没有任何孔的前向差分共阵列来最小化冗余，但是本公开的所选实施例试图保持一些冗余，因为重叠贡献之间的均化效应有助于减少寄生旁瓣。通过这种方式，可以在创建大孔径和均匀分布的冗余的设计目标之间实现平衡。在所选实施例中，每个虚拟天线阵列元件由相等数量的平均贡献引起。

为提供另外的细节以更好地理解本公开的所选实施例，现在参考图2D-E，图2D-E提供了根据本公开的所选实施例的可以由两个分布式雷达装置201、202生成的不同MIMO虚拟阵列孔径200D、200E的简化图解性描绘。具体地，图2D示出了第三MIMO虚拟阵列孔径200D，其中在由单基地MIMO虚拟阵列和双基地MIMO虚拟阵列206-208形成的第三MIMO虚拟阵列孔径200C的顶部形成前向差分共阵列。对于第三MIMO虚拟阵列孔径200D，孔径的尺寸保持不变，但是孔径更满(例如，孔更少)，从而产生更低的寄生旁瓣。在图2E中，第四MIMO虚拟阵列孔径200E，其中在单基地MIMO虚拟阵列和双基地MIMO虚拟阵列206-208的顶部形成前向和后向差分共阵列。对于第四MIMO虚拟阵列孔径200E，(与第三MIMO虚拟阵列孔径200D相比)孔径的尺寸几乎加倍，并且孔径更满，从而提高角分辨率并提高寄生旁瓣性能。

虽然上文公开的差分共阵列处理技术提高了角分辨率并且减少了寄生旁瓣，但是可能另外需要抑制寄生旁瓣。为此，共阵列处理模块39可以被配置成通过在前向方向上对前向/后向差分共阵列元件输出进行空间平滑来进一步减少寄生旁瓣。如将理解的，空间平滑是在阵列信号协方差矩阵构造中用于增加矩阵秩并且去相关相干信号的技术。如本文所公开的，空间平滑可以用于通过使误差贡献达到平均数来改进到达信号的渐进相位变化测量结果。共阵列处理模块39可以可操作地配置成限定经过空间平滑的孔径尺寸的尺寸。如果经过平滑的孔径的尺寸与原始孔径尺寸相同，则不执行空间平滑。然而，如果经过平滑的孔径尺寸较小，则采用滑动窗口平均操作来产生平均输出。应当注意，空间平滑需要等间隔天线元件的虚拟阵列。如果虚拟阵列没有等间隔的天线元件，则此方法不适用。

另外或可替换的是，共阵列处理模块39可以被配置成通过产生复合波束成形输出来进一步减少寄生旁瓣。为此，共阵列处理模块39可以被配置成(在应用或不应用空间平滑的情况下)将前向/后向差分共阵列的波束成形输出与MIMO虚拟阵列的一部分的波束成形输出相乘。理想情况下，不应对所选MIMO虚拟阵列部分(例如，形成均匀线性阵列的部分)进行欠采样。应选择最不稀疏(即，允许有几个孔)的部分(例如，图2C中所示的部分207)代替经过填充的阵列部分。通过这样做，差分共阵列过程的输出中的寄生旁瓣得到很大程度的抑制。

为了示出本文公开的不同阵列处理技术的经过改进的旁瓣抑制益处，现在参考图3-4，图3-4描绘了根据本公开的所选实施例的用于分辨三个紧密间隔的目标的三种类型的阵列处理例子的波束成形器输出结果的归一化空间频率或角度谱(下文中称为角度谱)的模拟的第一视图(图3)和放大图(图4)。在模拟中，分别通过(对应于目标方向的)真实目标角度或空间频率301-303示出了三个目标的位置。另外，使用单个雷达MIMO阵列(如单个雷达孔径的MIMO虚拟阵列的阵列输出)的离散傅立叶变换(DFT)生成波束成形角度谱304。示例单雷达阵列是图2B的单基地MIMO虚拟阵列204。

对于角度谱305，示出了使用双雷达MIMO阵列输出的DFT生成的波束成形输出。在示例实施例中，使用两个分布式雷达的MIMO虚拟阵列(如图2C的双基地MIMO虚拟阵列200C)的DFT来生成角度谱305，所述两个分布式雷达通过在雷达装置之间交替主角色进行组合。

对于角度谱306，示出了使用具有前向-后向差分共阵列的双雷达MIMO阵列输出的快速傅立叶变换(FFT)生成的波束成形输出。在示例实施例中，使用两个分布式雷达的MIMO前向/后向差分共阵列(如图2E的双基地MIMO虚拟阵列200E)的虚拟输出的FFT来生成角度谱306。

模拟角度谱304-306展示了本文公开的分布式孔径汽车雷达系统和方法的高角分辨率性能。对于单个雷达的MIMO波束成形输出的角度谱304，无法分辨三个目标。这种失败源于以下事实：三个目标的真实目标空间频率301-303全都包含在单个宽的主中心波瓣中，而不是三个目标的角度位置处的三个不同的主波瓣中。

相比之下，双雷达的MIMO波束成形输出的角度谱305显示，当两个雷达在形成MIMO孔径时以相干和交替的方式进行组合时，可以分辨三个目标。这在图4中可见，其中角度谱305包括单独的波瓣305A-C，所述波瓣305A-C分别包含三个目标的真实空间频率301-303。然而，角度谱305还包括大寄生旁瓣305D-F，所述大寄生旁瓣305D-F导致较高的目标误检率。

在基于前向和后向差分共阵列虚拟阵列输出的波形306中，寄生旁瓣得到抑制。这在图4中可见，其中角度谱306包括单独的波瓣306A-C，所述波瓣306A-C分别包含三个目标的真实空间频率301-303，并且还包括经过抑制的寄生旁瓣(例如，306D-E)。

如根据上文将理解的，在不以相干方式组合雷达的情况下，分布式雷达输出只能以非相干方式进行组合，这不会影响孔径尺寸，并且只会提高雷达的SNR或灵敏度性能。然而，雷达的相干组合不仅会提高角分辨率，而且提高SNR性能。另外，应当注意，前向/后向差分共阵列虚拟阵列处理的原理可以应用于任何物理或虚拟阵列，并且不限于MIMO虚拟阵列。

为提供另外的细节以更好地理解本公开的所选实施例，现在参考图5，图5描绘了简化流程图500，所述简化流程图500示出了用于组合多个分布式小孔径雷达以形成实际上很大的相干孔径的逻辑。在示例性实施例中，图5中所示的控制逻辑和方法可以被实施为主机计算系统、处理器或微控制器单元上的硬件和/或软件，所述微控制器单元包括处理器和用于存储编程控制代码的存储器，所述编程控制代码用于通过以相干方式组合不共享共同本地振荡器信号的分布式小孔径雷达来构造和操作较大的虚拟孔径雷达。

所述过程如在新的雷达帧开始时开始(步骤501)。在雷达系统中，可以如通过应用频率偏移和/或相位偏移周期性调制所发射的雷达信号。周期通常被选择为使得雷达信号调制在信号的两个时间帧之间发生，其中时间帧可以例如对应于FMCW(调频连续波)信号中的“啁啾”。

在步骤502处，选择或指定分布式雷达之一作为主单元，并且选择或指定任何剩余的分布式雷达作为从单元。这种选择的结果是，当所选主单元单元在任何发射天线上发射时，一个或多个其它从单元关闭其发射天线并且仅在接收器模式下操作。当所述过程迭代地重复如下所述的步骤504-508时，步骤502处的处理通过在每次迭代时选择新的主雷达而在分布式雷达之间按顺序交替主单元角色，直到所有的雷达都已经被选择作为主单元操作。在每次迭代中，所选主单元雷达可以按顺序从主单元雷达上的每个发射天线发射雷达波形，并且在主雷达的一个或多个接收器天线处并且还在一个或多个指定的从单元雷达的一个或多个接收器天线处定向接收来自主雷达的所发射波形的目标回波。为了启动分布式主单元和从单元处的操作，可以向所有单元发送触发信号，以表示啁啾开始。

在步骤504处，每个从单元雷达通过将预定的雷达信号处理步骤应用于在每个从单元的一个或多个接收器天线处接收到的雷达波形来处理主雷达的所发射波形。虽然可以使用任何合适的雷达信号处理步骤，但是每个从单元雷达可以被配置成以与其处理在每个从单元的一个或多个接收器天线处接收到的雷达波形的其自身的目标回波距离和多普勒处理步骤的方式相同的方式对接收到的雷达信号执行相同的快时间处理和慢时间处理。例如，从单元雷达可以应用距离和多普勒FFT处理来生成单基地距离多普勒图和双基地距离多普勒图。

在步骤506处，每个从单元雷达(或雷达控制器)计算或估计频率偏移值和相位偏移值，并且然后应用所述偏移来补偿主单元雷达与从单元雷达之间的频率差和相位差。虽然可以使用任何合适的估计技术来计算啁啾起始频率偏移(Δf₀)和主-从相位偏移

但是在本公开的所选实施例可以将每个从单元雷达配置成基于估算的距离和多普勒测量结果与已知事实之间的差异来估计这些值。更具体地说，用软件指令实施信号处理算法，所述软件指令被执行以直接从距离-多普勒图上标识的被窃听信号峰值的多普勒位置得出频率偏移(Δf₀)。另外，基于f_ms(t)的距离-FFT估计值和f₀、Δf₀、Δt₀、

和

的已知值或可忽略值，可以从瞬时频率模型：

中求解主-从相位偏移

一旦得出每个从单元雷达的频率偏移值和相位偏移值，从雷达就应用估计的频率偏移和相位偏移来产生相干目标测量结果。以此方式，每个从单元雷达(或雷达控制器)处理从接收到的主信号数据，以估计从单元相对于主单元的频率偏移和相位偏移，由此允许从单元雷达生成在时间、频率和相位上与主单元雷达相关的相干目标数据样本。

在步骤508处，使用双基地雷达原理来处理从分布式雷达装置接收到的相关目标回波数据样本，以通过组合分布式孔径来构造和累积单基地MIMO虚拟阵列输出和双基地MIMO虚拟阵列输出，而不需要将接收到的主单元的发射与接收到的目标回波进行物理混合或者共享本地振荡器信号。在所选实施例中，在雷达控制器处理器处对每个主单元生成的相关目标回波数据样本执行处理，以生成包括单基地MIMO虚拟阵列元件(例如，204)和双基地MIMO虚拟阵列元件(例如，205)的双基地MIMO虚拟阵列。

在步骤510处，所述过程确定是否已经指定所有分布式雷达作为主单元雷达操作。若否(检测步骤510的否定结果)，则过程返回到步骤502，以选择分布式雷达中的另一个分布式雷达作为新的主单元，并且重复步骤504-510，直到所有雷达都已经被选择为主单元一次。然而，如果最后一个雷达已经被选择为主单元(检测步骤510的肯定结果)，则过程可以继续执行另外的处理。

在步骤512处，处理在步骤508处生成的经过累积的MIMO虚拟阵列输出，以生成基于MIMO雷达原理限定经过扩展的MIMO虚拟孔径的第一组波束成形输出。在所选实施例中，在雷达控制器处理器处对MIMO虚拟阵列输出执行处理，以使用MIMO虚拟阵列的所选最不稀疏的部分来生成第一组波束成形输出。

在步骤514处，使用MIMO阵列输出单独地或组合后向差分共阵列输出来构造前向差分共阵列输出。在所选实施例中，前向差分共阵列输出由雷达控制器处理器构造，所述雷达控制器处理器确定天线元件在MIMO阵列中的相对距离位置，标识具有零差分间隔或正差分间隔的天线元件对x_i,x_j＝x_i-x_j的所有组合，并且然后计算虚拟前向共阵列元件输出。如果需要，则可以基于前向差分共阵列构造执行角处理，如波束成形，从而产生与双基地MIMO虚拟阵列孔径(例如，200C)相比尺寸相同但较不稀疏的双基地MIMO前向差分虚拟共阵列孔径(例如，200D)。另外，雷达控制器处理器可以通过标识具有零差分间隔或负差分间隔的天线元件对x_i,x_j＝x_i-x_j的所有组合，并且然后计算虚拟后向共阵列元件输出，来构造后向差分共阵列输出。如果需要，则可以基于前向和后向差分共阵列构造执行角度处理，从而产生相比双基地MIMO虚拟阵列孔径(例如，200C)尺寸更大但较不稀疏的双基地MIMO前向/后向差分虚拟共阵列孔径(例如，200E)。在所选实施例中，双基地MIMO前向/后向差分虚拟共阵列孔径几乎是双基地MIMO虚拟阵列孔径的两倍。

在步骤516处，如果MIMO阵列是均匀间隔的，则应用另外的处理，以通过对前向/后向差分共阵列输出执行空间平滑来抑制或减少寄生旁瓣。在所选实施例中，雷达控制器处理器可以被配置成在前向方向上对前向/后向差分共阵列元件输出执行空间平滑。然而，如果所形成的虚拟阵列没有等间隔的天线元件，则跳过步骤516。

在步骤518处，处理(经过空间平滑的)前向/后向差分共阵列输出，以生成基于MIMO雷达原理限定经过扩展的MIMO虚拟孔径的第二组波束成形输出。在所选实施例中，在雷达控制器处理器处对前向/后向差分共阵列输出执行处理。所得到的孔径的尺寸几乎加倍，并且孔径更满，这提高了角分辨率并且提高了寄生旁瓣性能。

在步骤520处，应用另外的处理以通过计算复合波束成形输出来抑制或减少寄生旁瓣。在所选实施例中，雷达控制器处理器可以被配置成通过(在应用或不应用空间平滑的情况下)将前向/后向差分共阵列的波束成形输出与MIMO虚拟阵列的一部分的波束成形输出相乘来产生复合波束成形输出。通过这样做，差分共阵列过程的输出中的寄生旁瓣得到很大程度的抑制。

如本领域的技术人员将理解的，可以使用任何超分辨率角度估计算法来进一步处理所计算的差分共阵列输出，所述超分辨率角度估计算法包括但不限于基于共阵列输出的空间频率分量的傅立叶分析(如离散傅立叶变换或快速傅立叶变换)的波束成形算法。可替换的超分辨率角度估计算法包括但不限于多信号分类(MUSIC)算法及其衍生物、旋转不变性(ESPRIT)算法及其衍生物、矩阵束算法及其衍生物、方向估计方法(MODE)算法、噪声或信号子空间拟合算法或其衍生物、基于最大似然估计器的算法和基于稀疏约束或基于L1范数最小化的算法等等。

另外，应当理解，前向和后向差分共阵列处理可以应用于分布式雷达系统，所述分布式雷达系统的孔径是物理分离的，但是通过物理链路共享共同的LO信号。在这种情况下，除去窃听处理步骤。另外，前向和后向差分共阵列处理可以应用于物理天线阵列或虚拟MIMO阵列稀疏的单雷达系统。在这种情况下，由于只有单个相干雷达，因此处理步骤减少为单基地情况并且除去使两个分布式雷达相干的需要。

在步骤522处，产生目标图以标识每个检测到的目标的距离、多普勒和角度值。在所选实施例中，雷达控制器处理器可以被配置成产生标识每个检测到的/目标物体的成对距离(r)、多普勒

和角度(θ)值的图数据。

如本文所公开的，与常规的雷达系统相比，所公开的分布式孔径雷达系统的所选实施例可以提供若干增强效果。除了实现由两个或更多个分布式雷达构造实现高角分辨率并抑制寄生旁瓣的单个大相干孔径之外，所公开的分布式孔径雷达系统可以在不进行修改的情况下使用现有雷达设计的RF前端和信号处理块，由此最小化开发新的解决方案的成本。另外，本文公开的分布式孔径雷达系统提供用于使用估计的频率偏移值和相位偏移值来关联分布式雷达装置的时间、频率和相位的高效机制，使得可以使用双基地雷达原理通过窃听其它雷达的发射以跨一定距离形成相干孔径，从而消除在每个雷达装置处物理共享LO信号的要求。另外，因为估计雷达之间的频率偏移和相位偏移仅需要指定的混合以及快时间处理步骤和慢时间处理步骤，所以本公开消除了执行交叉相关或匹配滤波的需要。对于在独立的低成本振荡器上操作的系统，高效地得出频率偏移值的能力非常有用。另外，当分布式雷达以一定距离间隔开时，所形成的孔径在本质上通常是稀疏的，从而产生寄生旁瓣，因此如本文所公开的减轻或抑制旁瓣的能力在不显著增加误检率的情况下使雷达之间存在更大的间隔。

到目前为止，应当理解，已经提供了一种包括第一小孔径雷达装置和第二小孔径雷达装置的分布式孔径雷达架构、电路、方法和系统，所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置远离彼此物理分布并且连接到雷达控制处理单元。在所选实施例中，所述第一小孔径雷达装置可以包括第一本地振荡器参考时钟发生器，并且所述第二小孔径雷达装置可以包括第二独立的本地振荡器参考时钟发生器。在其它实施例中，所述第一小孔径雷达装置可以包括第一本地振荡器参考时钟发生器，并且所述第二小孔径雷达装置可以包括第二本地振荡器参考时钟信号，所述第二本地振荡器参考时钟信号通过共同物理链路与第一本地振荡器参考时钟信号共同连接。所述第一小孔径雷达装置包括耦接到第一信号处理器组件的第一多个发射天线和接收天线，所述第一信号处理器组件被配置成响应于分别从所述第一小孔径雷达装置或所述第二小孔径雷达装置发射的第一雷达信号(例如，LFM啁啾雷达信号)而生成至少第一单基地虚拟阵列孔径和/或第一双基地虚拟阵列孔径。另外，所述第二小孔径雷达装置包括耦接到第二信号处理器组件的第二多个发射天线和接收天线，所述第二信号处理器组件被配置成响应于分别从所述第二小孔径雷达装置或所述第一小孔径雷达装置发射的第二雷达信号而产生至少第二单基地虚拟阵列孔径和/或第二双基地虚拟阵列孔径。另外，所述雷达控制处理单元被配置成以相干方式组合来自所述第一分布式雷达装置和所述第二分布式雷达装置的虚拟阵列孔径，以构造比所述第一双基地MIMO虚拟阵列孔径或所述第二双基地MIMO虚拟阵列孔径更大的经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径。所述雷达控制处理单元还被配置成通过对所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。在所选实施例中，所述雷达控制处理单元被另外配置成通过对所述双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径执行后向差分共阵列处理来构造显著大于(例如，几乎二倍于)所述双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径，从而减轻或抑制由双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。在此类实施例中，所述雷达控制处理单元可以被另外配置成基于来自所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的差分共阵列输出计算角度估计，并且使用超分辨率角度估计算法输出估计的目标角度和幅度信息。在所选实施例中，所述雷达控制处理单元被另外配置成基于所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径计算波束成形输出。在其它实施例中，所述雷达控制处理单元被配置成对来自所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的差分共阵列输出进行空间平滑，并且然后基于经过空间平滑的共阵列输出计算波束成形输出。另外，所述雷达控制处理单元可以被配置成通过将所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的第一波束成形输出与所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径的最不稀疏的连续阵列部分的第二波束成形输出相乘来计算复合波束成形输出。在所选实施例中，在作为从单元操作时，所述第二小孔径雷达装置可以被配置成：用快时间处理步骤和慢时间处理步骤处理来自所述第一小孔径雷达装置的目标回波和被窃听信号，基于从所述快时间处理步骤和所述慢时间处理步骤得出的信息计算所述第一小孔径雷达装置与所述第二小孔径雷达装置之间的估计频率偏移和估计相位偏移，并且应用所述估计频率偏移和所述估计相位偏移以在所述第二小孔径雷达装置处生成所述第二双基地虚拟阵列孔径，所述第二双基地虚拟阵列孔径与被选择作为主单元操作的所述第一小孔径雷达装置生成的所述单基地虚拟阵列孔径在频率和相位上相干。

以另一种形式，提供了一种用于操作包括耦接到雷达控制处理单元的多个发射天线和接收天线的雷达系统的方法、系统和设备。所述多个发射天线和接收天线耦接到信号处理器组件，所述信号处理器组件被配置成响应于分别从所述雷达装置的所述发射天线发射的雷达信号而生成单基地虚拟阵列孔径。所述雷达控制处理单元被配置成由从发射天线正交发射并在每个接收天线处接收到的信号构造单基地MIMO虚拟阵列孔径。所述雷达控制处理单元还被配置成通过对所述经过扩展的单基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。在所选实施例中，所述雷达控制处理单元被另外配置成通过对所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径执行后向差分共阵列处理来构造显著大于所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径，从而减轻或抑制由单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。在此类实施例中，所述单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的尺寸几乎是所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的尺寸的两倍。另外，所述雷达控制处理单元可以被另外配置成基于所述单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径计算波束成形输出。另外，所述雷达控制处理单元可以被另外配置成对来自所述单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的差分共阵列输出执行空间平滑，由此生成经过空间平滑的共阵列输出。另外，所述雷达控制处理单元可以被另外配置成基于所述经过空间平滑的共阵列输出计算波束成形输出。另外，所述雷达控制处理单元可以被另外配置成通过将所述单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的第一波束成形输出与所述单基地MIMO虚拟阵列孔径的最不稀疏的连续阵列部分的第二波束成形输出相乘来计算复合波束成形输出。

以又另一种形式，提供了一种用于操作具有多个发射天线和接收天线以及雷达控制处理单元的雷达系统的方法、系统和设备。在所公开的方法中，从所述多个发射天线中的每个发射天线发射正交雷达信号。作为响应，所述雷达控制处理单元由在所述多个接收天线中的每个接收天线处接收到的所述正交雷达信号构造单基地MIMO虚拟阵列孔径。另外，所述雷达控制处理单元通过对所述单基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。在所选实施例中，所述雷达控制处理单元还可以通过对所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径执行后向差分共阵列处理来构造显著大于所述单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的单基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径，以减轻或抑制寄生旁瓣。

尽管本文所公开的所描述的示例性实施例集中于示例汽车雷达电路、系统和其使用方法，但是本发明不必受限于本文所示的示例实施例。例如，分布式孔径雷达的各个实施例可以应用于非汽车应用中，并且相比具体阐述的电路组件，可以使用另外的或更少的电路组件。因此，上文共公开的具体实施例仅是说明性的并且不应当被视为对本发明的限制，因为本发明可以以对受益于本文教导的本领域的技术人员而言显而易见的不同但等同的方式进行修改和实践。因此，前面的描述并非旨在将本发明限制于所阐述的特定形式，但相反，旨在涵盖如可以包括在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的这种替代方案、修改和等同物，使得本领域的技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的最广泛形式的精神和范围的情况下可以做出各种改变、替换和变更。

上文已经关于具体实施例描述了益处、其它优点和问题解决方案。然而，所述益处、优点、问题解决方案以及可能使任何益处、优点或解决方案发生或变得更加明显的任何一个或多个要素不应被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征或要素。如本文所用，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”或其任何其它变体旨在覆盖非排他性包括，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或设备不仅仅包括那些要素，而是可以包括其它未清楚地列出的或这种过程、方法、物品或设备固有的其它要素。

Claims (10)

1.一种分布式孔径雷达系统，其特征在于，包括第一小孔径雷达装置和第二小孔径雷达装置，所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置远离彼此物理分布并且连接到雷达控制处理单元，

所述第一小孔径雷达装置包括耦接到第一信号处理器组件的第一多个发射天线和接收天线，所述第一信号处理器组件被配置成响应于分别从所述第一小孔径雷达装置或所述第二小孔径雷达装置发射的第一雷达信号而生成至少第一单基地虚拟阵列孔径和第一双基地虚拟阵列孔径；

所述第二小孔径雷达装置包括耦接到第二信号处理器组件的第二多个发射天线和接收天线，所述第二信号处理器组件被配置成响应于分别从所述第二小孔径雷达装置或所述第一小孔径雷达装置发射的第二雷达信号而产生至少第二单基地虚拟阵列孔径和第二双基地虚拟阵列孔径；并且

所述雷达控制处理单元被配置成：

以相干方式组合来自所述第一分布式雷达装置和所述第二分布式雷达装置的虚拟阵列孔径，以构造比所述第一双基地MIMO虚拟阵列孔径或所述第二双基地MIMO虚拟阵列孔径大的经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径，并且

通过对所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

2.根据权利要求1所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述雷达控制处理单元被另外配置成通过对所述双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径执行后向差分共阵列处理来构造显著大于所述双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径，从而减轻或抑制由双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

3.根据权利要求2所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的尺寸几乎是所述双基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径的尺寸的两倍。

4.根据权利要求2所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述雷达控制处理单元被另外配置成基于所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径计算波束成形输出。

5.根据权利要求2所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述雷达控制处理单元被另外配置成对来自所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的差分共阵列输出执行空间平滑，由此生成经过空间平滑的共阵列输出。

6.根据权利要求5所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述雷达控制处理单元被另外配置成基于所述经过空间平滑的共阵列输出计算波束成形输出。

7.根据权利要求2所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述雷达控制处理单元被另外配置成通过将所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的第一波束成形输出与所述经过扩展的双基地MIMO虚拟阵列孔径的最不稀疏的连续阵列部分的第二波束成形输出相乘来计算复合波束成形输出。

8.根据权利要求2所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述雷达控制处理单元被另外配置成基于来自所述双基地MIMO前向和后向差分虚拟阵列孔径的差分共阵列输出计算角度估计，并且使用超分辨率角度估计算法输出估计的目标角度和幅度信息。

9.一种雷达系统，其特征在于，包括：

多个发射天线和接收天线，所述多个发射天线和接收天线耦接到信号处理器组件，所述信号处理器组件被配置成响应于分别从所述多个发射天线发射的雷达信号而生成单基地虚拟阵列孔径；以及

雷达控制处理单元，所述雷达控制处理单元被配置成：

由从所述多个发射天线正交发射并在每个接收天线处接收到的雷达信号构造单基地MIMO虚拟阵列孔径，并且

通过对所述单基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

10.一种用于操作包括多个发射天线和接收天线以及雷达控制处理单元的雷达系统的方法，其特征在于，所述方法包括：

从所述多个发射天线中的每个发射天线发射正交雷达信号；

在所述雷达控制处理单元处由在所述多个接收天线中的每个接收天线处接收到的所述正交雷达信号构造单基地MIMO虚拟阵列孔径，以及

在所述雷达控制处理单元处通过对所述单基地MIMO虚拟阵列孔径执行前向差分共阵列处理以填充所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的孔来构造单基地MIMO前向差分虚拟阵列孔径，由此减轻或抑制由所述单基地MIMO虚拟阵列孔径中的间隙或孔引起的寄生旁瓣。

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