CN112098986B - 雷达系统中的多个啁啾脉冲生成 - Google Patents

Abstract

本申请涉及雷达系统中的多个啁啾脉冲生成。对于雷达设备，定时引擎(242)包括：定时控制组件(306)，其具有啁啾脉冲配置参数输入端、啁啾脉冲波形参数输入端、啁啾脉冲地址输出端和啁啾脉冲控制信号输出端；啁啾脉冲配置存储组件(302)，其具有耦合到定时控制组件(306)的配置参数输入端的对应的输入端的啁啾脉冲配置参数输出端、啁啾脉冲波形地址输出端，以及耦合到啁啾脉冲地址输出端的啁啾脉冲地址输入端；以及啁啾脉冲波形存储组件(304)，其具有耦合到定时控制组件306的啁啾脉冲波形参数输入端的啁啾脉冲波形参数输出端以及耦合到啁啾脉冲配置存储组件(302)的啁啾脉冲波形地址输出端的啁啾脉冲波形地址输入端。

Description

雷达系统中的多个啁啾脉冲生成

本申请是于2015年12月30日提交的名称为“雷达系统中的多个啁啾脉冲生成”的中国专利申请201580071620.7的分案申请。

技术领域

本发明总体涉及雷达系统，并且更具体地涉及雷达系统中的多个啁啾脉冲生成。

背景技术

频率调制连续波(FMCW)汽车雷达系统发送和接收参数化的频率调制信号(通常称为啁啾脉冲(chirp))。许多此类雷达系统主要使用具有用于配置啁啾脉冲的可编程数字定时引擎的模拟电路来实现。通常，待发送的啁啾脉冲的参数值由软件程序写入到定时引擎中的一组参数寄存器。汽车雷达系统的典型应用要求雷达系统发送“脉冲串(burst)”或者一系列啁啾脉冲(其可以称为“帧”)，其中在啁啾脉冲之间有最小的时间间隔。啁啾脉冲的帧可以包括大量(例如256个或512个)啁啾脉冲，该大量啁啾脉冲的每个可以具有不同的参数值。为了避免分配可能需要具有用于帧中的每个啁啾脉冲的一组参数寄存器的硅的大的面积，当前雷达系统通常具有由软件程序以轮循方式使用的几组(例如，2至4组)啁啾脉冲参数寄存器。因此，要求设置啁啾脉冲的参数的软件实时地连续操作，以在发送当前啁啾脉冲时配置后续的啁啾脉冲的参数。

发明内容

本公开的实施例涉及用于雷达设备中的多个啁啾脉冲生成的方法和装置。在一个方面，一种雷达设备包括：定时控制组件，其可操作以(针对一系列啁啾脉冲中的每个啁啾脉冲，根据用于该啁啾脉冲的一组啁啾脉冲配置参数和啁啾脉冲波形)生成啁啾脉冲控制信号，以使雷达设备发送啁啾脉冲，该定时控制组件具有一组啁啾脉冲配置参数输入端、一组啁啾脉冲波形参数输入端、啁啾脉冲地址输出端和一组啁啾脉冲控制信号输出端；啁啾脉冲配置存储组件，其具有耦合到定时控制组件的一组配置参数输入端中的对应的输入端的一组啁啾脉冲配置参数输出端、啁啾脉冲波形地址输出端以及耦合到啁啾脉冲地址输出端的啁啾脉冲地址输入端；以及啁啾脉冲波形存储组件，其具有耦合到定时控制组件的一组啁啾脉冲波形参数输入端的一组啁啾脉冲波形参数输出端，以及耦合到啁啾脉冲波形地址输出端的啁啾脉冲波形地址输入端。

在一个方面，一种用于在雷达设备中生成啁啾脉冲的帧的方法包括：对用于啁啾脉冲的帧中的每个啁啾脉冲的一组啁啾脉冲配置参数值进行编程，其中每组啁啾脉冲配置参数值包括指示用于啁啾脉冲的啁啾脉冲波形的啁啾脉冲波形选择参数值；对至少一个啁啾脉冲波形的啁啾脉冲波形参数值进行编程；以及(针对帧中的每个啁啾脉冲顺序地)生成啁啾脉冲控制信号，以使雷达设备发送啁啾脉冲。控制信号的生成基于用于啁啾脉冲的一组啁啾脉冲配置参数值和由啁啾脉冲的啁啾脉冲波形选择参数值指示的啁啾脉冲波形。

附图说明

图1是常规啁啾脉冲定时引擎的框图。

图2是示例频率调制连续波(FMCW)雷达设备的框图。

图3是图2的啁啾脉冲定时引擎的框图。

图4是用于多个啁啾脉冲生成的方法的流程图。

具体实施方式

汽车FMCW雷达系统的典型应用要求发送大量的具有变化的参数和啁啾脉冲之间的最小时间间隔的啁啾脉冲的帧。雷达系统中的软件可编程数字定时引擎可以用于配置帧中的啁啾脉冲。图1是示例常规数字啁啾脉冲定时引擎100的高层次框图。定时引擎100接收一些数量的啁啾脉冲参数102作为输入，并且使用这些参数来生成用于雷达系统的各个部分的啁啾脉冲控制信号104。啁啾脉冲参数102由雷达系统架构限定，并且可以包括例如用于指示要启用哪些发射机的发射机启用参数、啁啾脉冲频率起始值、啁啾脉冲频率斜坡斜率、模数(ADC)采样起始时间和结束时间、发射机通电时间和断电时间。类似地，啁啾脉冲控制信号104由雷达系统架构定义，并且可以包括例如用于每个发射机的发射机启用信号、期望的瞬时发送频率、用于射频合成器的控制寄存器值以及指示ADC输出有效的信号。

啁啾脉冲参数值由在啁啾脉冲定时引擎100外部的处理器上执行的应用软件程序供应。应用软件操作以将每个啁啾脉冲的期望参数值存储在啁啾脉冲定时引擎100的寄存器中。该示例有两组寄存器。为了发送256个啁啾脉冲的帧，应用软件以轮循方式使用寄存器组实时地操作，以在定时引擎100处理当前啁啾脉冲的参数时设置后续的啁啾脉冲的参数值。

本公开的实施例提供对待由FMCW雷达设备发送的多个连续啁啾脉冲(即，啁啾脉冲的帧)的参数值进行编程，使得可以在没有进一步的外部干预的情况下实时地发送啁啾脉冲的帧。例如，在一些实施例中，雷达设备的应用软件可以对帧中的所有啁啾脉冲的所有啁啾脉冲参数值进行编程，并且然后触发定时引擎来发送该帧，从而减少软件处理开销。进一步，存储用于帧中的所有啁啾脉冲的所有参数值所需要的存储量(例如，寄存器的数量)被显著地减少。

图2示出提供多个啁啾脉冲生成的示例性FMCW雷达设备200的框图。雷达设备200可以包括用于发送FMCW信号的多个发送信道204和用于接收反射的发送信号的多个接收信道202。进一步，接收信道的数量可以大于发送信道的数量。例如，雷达设备200的实施例可以具有两个发送信道和四个接收信道。发送信道包括合适的发射机和天线。接收信道包括合适的接收机和天线。进一步，接收信道202是相同的并且包括用于将发送信号与接收信号混合以生成差频信号(beat signal)的混合器206、208，耦合到混合器206、208的输出端以便对差频信号进行滤波的基带带通滤波器210、212，耦合到滤波器210、212的输出端以便放大经滤波的差频信号的可变增益放大器(VGA)214、216以及耦合到VGA 214、216的输出端以便将模拟差频信号转换成数字差频信号的模数转换器(ADC)218、220。

接收信道202耦合到数字前端(DFE)222的输入端，该数字前端222对数字差频信号执行抽取滤波，以减少数据传输速率。DFE 222也可以对数字差频信号执行其他操作，诸如DC偏移去除。DFE 222耦合到将DFE 222的输出传输到处理单元106的高速串行接口(I/F)224的输入端。

控制组件226包括用于控制雷达设备200的操作的功能。例如，控制组件226可以包括用于存储DFE 222的输出样本的缓冲器，用于计算缓冲器内容的频谱信息的FFT(快速傅里叶变换)引擎，以及执行软件以对待发送的啁啾脉冲的帧的啁啾脉冲参数进行编程的MCU。可以专用于雷达设备的特定应用的软件可操作成对定时引擎242进行编程以便发送啁啾脉冲的帧。更具体地，该软件包括用于对啁啾脉冲的帧的啁啾脉冲配置参数和啁啾脉冲波形参数进行编程的功能，以及用于触发定时引擎242以使用编程的参数值来实现啁啾脉冲的帧的发送的功能。

可编程定时引擎242包括用于存储啁啾脉冲的帧的啁啾脉冲参数的功能以及用于基于参数值控制帧中的啁啾脉冲的发送和接收的功能。

射频合成器(RFSYNTH)230耦合到定时引擎242的输出端，以接收啁啾脉冲控制信号，并且包括用于基于来自定时引擎242的啁啾脉冲控制信号生成用于发送的FMCW信号的功能。在一些实施例中，RFSYNTH 230包括具有压控振荡器(VCO)的锁相环(PLL)。

串行外围接口(SPI)228提供用于接收与外部设备的通信的接口。

多路复用器232耦合到RFSYNTH 230的输入端和输入缓冲器236的输入端。多路复用器232可配置以在输入缓冲器236中接收的信号和由RFSYNTH230生成的信号之间进行选择。输出缓冲器238耦合到多路复用器232的输出端并且可以用于将由多路复用器232选择的信号发送到外部设备。

时钟多路复用器240将发送信号(LO信号)的频率增加到混合器206、208的LO频率。

消除PLL(锁相环)234操作以将外部低频参考时钟(未示出)的信号的频率增加到RFSYNTH 230的频率，并将参考时钟相位噪声从时钟信号中过滤出。

图3是图2的定时引擎242的框图。定时引擎的架构被设计为支持多个啁啾脉冲的生成(即，连续啁啾脉冲的帧的生成)，而不需要在发送帧时对啁啾脉冲参数进行编程的软件干预。由雷达设备200支持的啁啾脉冲参数被分成两组。第一组包括最有可能跨帧中的啁啾脉冲频繁地改变的那些参数(即，啁啾脉冲配置参数)，并且第二组包括最有可能对于帧中的多个啁啾脉冲(如果不是所用啁啾脉冲的话)具有共同的值的那些参数(即，啁啾脉冲波形参数)。啁啾脉冲波形参数统称为啁啾脉冲波形。

雷达设备的啁啾脉冲参数的数量和类型可以取决于设备的特定架构。进一步，啁啾脉冲配置参数的数量和类型以及啁啾脉冲波形中的啁啾脉冲参数的数量和类型可以取决于诸如设备的特定架构和设备意在支持的应用等因素。一些示例啁啾脉冲参数描绘于图3中。在该示例中，啁啾脉冲配置参数包括用于指示针对啁啾脉冲将启用哪些发射机的发射机启用参数(TX启用)，用于指定啁啾脉冲的初始频率的起始频率参数，用于指定啁啾脉冲的频率斜坡的斜率的斜坡斜率参数，以及用于指定ADC的输出何时对于啁啾脉冲初始有效的参数(ADC有效初始时间)。啁啾脉冲配置参数也可以包括用于指示啁啾脉冲的特定啁啾脉冲波形的啁啾脉冲波形选择参数(啁啾脉冲波形选择)。一些示例啁啾脉冲波形参数包括指定用于处理的ADC样本的数量的参数(ADC样本数)、指定啁啾脉冲之间的时间的参数、频率合成器配置参数(RFSYNTH配置)和发射机配置参数(TX配置)。

定时引擎242包括用于存储待发送的帧中的每个啁啾脉冲的一组啁啾脉冲配置参数的啁啾脉冲配置存储组件302、用于存储多个啁啾脉冲波形的啁啾脉冲波形存储组件304，以及耦合到存储组件302、304的参数输出端的定时控制组件306。例如，存储组件302、304可以被实现为寄存器或随机存取存储器或其组合。定时控制组件306的触发输入端(帧触发)耦合到控制组件226的输出端，以接收指示将开始发送啁啾脉冲的帧的触发信号。定时控制组件306的啁啾脉冲地址输出端耦合到啁啾脉冲配置存储装置302的啁啾脉冲地址输入端。定时控制组件306的啁啾脉冲控制信号输出端308耦合到雷达设备200中的组件的对应的输入端。例如，啁啾脉冲控制信号输出端可以耦合到发送信道204、接收信道202以及RFSYNTH 230的对应的啁啾脉冲控制信号输入端。在一些实施例中，定时控制组件306被实现为状态机。

啁啾脉冲配置存储组件302被设置大小以保持由雷达设备200支持的用于最大帧大小的啁啾脉冲配置参数的值。例如，如果最大帧大小是512个啁啾脉冲并且存在6个啁啾脉冲配置参数，则啁啾脉冲配置存储组件302包括足够的存储容量以存储用于512组啁啾脉冲配置参数值(即，6×512个参数值)的值。啁啾脉冲波形地址输出端(啁啾脉冲波形选择)被耦合到啁啾脉冲波形存储组件304的啁啾脉冲波形地址输入端。啁啾脉冲配置存储组件302的啁啾脉冲配置参数输出端被耦合到定时控制组件306的对应的啁啾脉冲配置参数输入端。

啁啾脉冲波形存储组件304被设置大小以保持多个啁啾脉冲波形。例如，如果啁啾脉冲波形参数的数量为18，并且啁啾脉冲波形的数量为16，则啁啾脉冲波形存储组件304包括足够的存储容量以存储16组啁啾脉冲波形参数值(即16×18个啁啾脉冲波形参数值)。啁啾脉冲波形存储组件304的啁啾脉冲波形参数输出端被耦合到定时控制组件306的对应的啁啾脉冲波形参数输入端。

啁啾脉冲波形存储组件304中的啁啾脉冲波形的数量可以取决于雷达设备的架构。例如，如果存在多个发射机，则可能需要用于每个发射机的波形。在另一个示例中，如果雷达设备可以以多种模式(例如，短距离、中等距离和长距离)使用，则可能需要用于每种模式的波形。进一步，可以包括额外的波形存储以便更大的啁啾脉冲编程灵活性。在另一示例中，对于较简单的雷达设备，可以存在单个啁啾脉冲波形或小数量的波形。

存储帧中的所有啁啾脉冲的所有参数值所需要的存储量(例如，寄存器的数量)被显著地减少。例如，在常规技术中，如果存在22个啁啾脉冲参数并且最大帧大小为512个啁啾脉冲，则需要用于22×512个参数值的存储，以便在发送之前对512个啁啾脉冲的帧中的所有啁啾脉冲的所有参数值进行编程。

在操作中，响应于经由触发输入端接收的帧触发信号，定时控制组件306从存储组件302、304接收用于啁啾脉冲的帧的啁啾脉冲参数值，并使用这些参数值来输出用于雷达系统200的各种组件的啁啾脉冲控制信号308，以实现帧中的每个啁啾脉冲的发送和接收。在触发之后，定时控制组件306迭代通过存储在啁啾脉冲配置存储组件302中的多组啁啾脉冲配置参数值，从而向啁啾脉冲配置存储组件302发送相继的啁啾脉冲地址，以访问用于帧中的每个啁啾脉冲的啁啾脉冲参数值。响应于啁啾脉冲地址，啁啾脉冲配置存储组件302经由啁啾脉冲配置参数输出端将所请求的一组啁啾脉冲配置参数值提供到定时控制组件306。

同样响应于啁啾脉冲地址，啁啾脉冲配置存储组件302经由啁啾脉冲波形地址输出端将所请求的一组啁啾脉冲配置参数中的啁啾脉冲波形地址发送到啁啾脉冲波形存储组件304。响应于所接收的啁啾脉冲波形地址，啁啾脉冲波形存储组件304经由啁啾脉冲波形参数输出端将所请求的啁啾脉冲波形参数值提供到定时控制组件306。

由雷达设备中的定时控制组件生成的啁啾脉冲控制信号的数量和类型依赖于架构。如图3所示，示例啁啾脉冲控制信号308可以包括用于啁啾脉冲的期望的瞬时频率(频率)，启用发射机的控制信号(TX通电)，发射机极性控制信号(TX极性)，指示ADC的输出有效的控制信号(ADC输出有效)、频率合成器控制信号(RFSYNTH控制)、发射机控制信号(TX控制)和软件中断。

图4是用于具有诸如图3的定时引擎的定时引擎的雷达设备(例如，图2的雷达设备)中的多个啁啾脉冲生成的方法的流程图。为了说明的简洁，参照图2和图3的雷达设备说明该方法。方法的实施例对于其他雷达设备是可能的。进一步，在假定具有多个啁啾脉冲波形的定时引擎的情况下描述实施例。一些实施例具有单个啁啾脉冲波形。

最初，针对待发送的啁啾脉冲的帧中的每个啁啾脉冲对啁啾脉冲配置参数进行编程400。因此，对于帧中的每个啁啾脉冲，在控制组件226中执行的软件对啁啾脉冲配置存储组件302中的一组啁啾脉冲配置参数进行编程(设置其值)。例如，如果帧包括512个啁啾脉冲，则512组啁啾脉冲配置参数被编程。

在编程的多组啁啾脉冲配置参数中指示的啁啾脉冲波形中的啁啾脉冲波形参数也可以被编程402。因此，对于由编程的多组啁啾脉冲配置参数中的啁啾脉冲波形选择参数指示的每个啁啾脉冲波形，软件对啁啾脉冲波形存储组件304中的该波形中的啁啾脉冲波形参数进行编程。该编程可以包括改变波形中的一个、多个或全部参数值。啁啾脉冲波形可以由帧中的一个、若干或所有啁啾脉冲使用。在一些实施例中，根据需要执行该步骤。例如，啁啾脉冲波形中的参数的值可以用于多个帧的发送，并且因此对于其中使用该波形的每个帧不改变。在另一示例中，当雷达设备接通并且在设备操作期间维持静止时，可以对啁啾脉冲波形进行一次编程。

在啁啾脉冲配置参数和啁啾脉冲波形(可选地)被编程之后，触发啁啾脉冲的帧的发送404。因此，控制组件226向定时控制组件306发信号，以发起啁啾脉冲的帧的发送。定时控制组件306然后迭代通过存储在啁啾脉冲配置存储组件302中的多组啁啾脉冲配置参数406至412，以实现由雷达设备200发送和接收每个指定的啁啾脉冲。更具体地，对于帧中的每个啁啾脉冲412，定时控制组件306从啁啾脉冲配置存储组件302接收406用于啁啾脉冲的一组啁啾脉冲配置参数值、从啁啾脉冲波形存储组件304接收408来自由啁啾脉冲波形选择参数指示的啁啾脉冲波形的啁啾脉冲的啁啾脉冲波形参数值，并且基于这些参数值生成410控制信号，以使啁啾脉冲被发送。

其他实施例

在本文已经描述了啁啾脉冲参数编程由雷达设备的控制组件执行的实施例。在一个或多个实施例中，啁啾脉冲参数编程中的一些或全部由外部MCU执行或其他合适的处理器执行。

虽然在本文可以按顺序方式呈现和描述方法步骤，但是附图中示出和本文所描述的步骤中的一个或多个可以被并行地执行、可以被组合，和/或可以以与附图中所示和/或与本文所描述的次序不同的次序来执行。因此，实施例不应被认为限于附图中所示和/或本文所描述的步骤的具体次序。

在不偏离所描述功能的情况下，雷达系统中的组件可以以不同名称来称呼和/或可以以本文未示出的方式来组合。本文档不意在区分名称不同而功能相同的组件。此外，术语“耦合”及其派生词意在意指间接电连接、直接电连接、光学电连接和/或无线的电连接。例如，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以通过直接电连接、通过经由其他设备和连接的间接连接、通过光学电连接和/或通过无线的电连接。

在权利要求的范围内，在所描述的实施例中的修改是可能的并且其他实施例是可能的。

Claims (15)

1.一种用于在雷达设备中生成啁啾脉冲的帧的方法，所述方法包括：

由所述雷达设备中的定时控制组件的触发输入端接收触发信号以发起所述啁啾脉冲的帧的发送；

根据啁啾脉冲配置参数值，由所述雷达设备中的所述定时控制组件针对所述帧中的每个啁啾脉冲顺序地生成啁啾脉冲控制信号，所述啁啾脉冲配置参数值包括指示所述啁啾脉冲的啁啾脉冲波形的啁啾脉冲波形选择值、一组单独可选的啁啾脉冲配置参数中的一个或多个，其中所述一组单独可选的啁啾脉冲配置参数和啁啾脉冲波形选择值存储在第一存储器中，并且所述啁啾脉冲波形及其参数值存储在第二存储器中；以及

发送所述啁啾脉冲的帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述啁啾脉冲的啁啾脉冲波形选择值表示所述啁啾脉冲波形在所述第二存储器中的地址。

3.根据权利要求1所述的方法，其中一个帧中的所述啁啾脉冲的最大数量是512。

4.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个啁啾脉冲波形包括用于所述雷达设备中的发送信道的参数值。

5.根据权利要求2所述的方法，其中至少一个啁啾脉冲波形的参数值包括用于所述雷达设备的模式的参数值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述定时控制组件是状态机。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述啁啾脉冲控制信号中的至少一个用于所述雷达设备中的发送信道。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述啁啾脉冲控制信号中的至少一个用于所述雷达设备中的接收信道。

9.一种用于在雷达设备中生成啁啾脉冲的方法，所述方法包括：

由雷达设备中的定时控制组件从所述雷达设备中的啁啾脉冲配置存储组件，针对啁啾脉冲的帧中的每个啁啾脉冲，接收一组啁啾脉冲配置参数值，其中每组啁啾脉冲配置参数值包括指示所述啁啾脉冲的啁啾脉冲波形的啁啾脉冲波形选择参数值；

响应于从所述啁啾脉冲配置存储组件向啁啾脉冲波形存储器传输所述啁啾脉冲波形选择参数值，由所述定时控制组件从所述啁啾脉冲波形存储器，接收用于所述啁啾脉冲的帧中的每个啁啾脉冲的啁啾脉冲波形参数；

根据相应的一组啁啾脉冲配置参数值，对所述啁啾脉冲的帧中的每个啁啾脉冲进行编程；以及

根据其编程，发送所述啁啾脉冲的帧的每个啁啾脉冲。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述啁啾脉冲配置参数值的组的数量是由所述雷达设备支持的帧中的啁啾脉冲的最大数量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述啁啾脉冲的最大数量是512。

12.根据权利要求9所述的方法，其中至少一个啁啾脉冲波形包括用于所述雷达设备中的发送信道的参数值。

13.根据权利要求9所述的方法，其中至少一个啁啾脉冲波形的啁啾脉冲波形参数值包括用于所述雷达设备的模式的参数值。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述定时控制组件位于所述雷达设备中的定时引擎中。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述啁啾脉冲配置存储组件和所述啁啾脉冲波形存储器在所述定时控制组件的外部。