CN112292607B - 用于分析处理雷达信号的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及雷达信号(尤其借助ULA天线已经接收的雷达信号)的改善的分析处理。通过将多个不同的射束成形用于雷达信号，可以补偿增益中的由射束成形引起的扰动。

Description

用于分析处理雷达信号的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于分析处理雷达信号的方法以及一种用于分析处理雷达信号的设备。
背景技术
在汽车领域，雷达传感器越来越多地用于越来越多的任务。例如，雷达传感器提供来自车辆的周围环境的数据，所述数据可以由驾驶辅助系统分析处理并且进一步处理。此外，雷达传感器尤其在自动化驾驶领域中也至关重要。在此，在同时高的灵敏度(即，在大的定位场)情况下的角分辨率尤其是至关重要的。
为了降低计算开销，对于这种雷达系统可以使用具有天线的规则布置的天线阵列(所谓的通用线性阵列(ULA))。在此，可以借助快速傅里叶变换(FFT)实现高效的射束成形。
文献DE 10 2011 084 610 A1公开一种用于机动车的角度分辨的雷达传感器，该雷达传感器具有包括多个天线元件的天线。在此，每个天线元件能够切换到多个分析处理通道中的一个上并且与用于确定所接收的信号的入射角的分析处理装置耦合。
发明内容
本发明提出一种具有权利要求1的特征的用于分析处理雷达信号的方法和一种具有权利要求8的特征的用于分析处理雷达信号的设备。
因此设置：一种用于分析处理雷达信号的方法，该方法具有用于由天线阵列接收多个雷达信号的步骤。此外，该方法包括将第一射束成形用于多个雷达信号中的一个雷达信号的步骤，以及将第二射束成形用于多个雷达信号中的一个雷达信号的步骤。在此，第二射束成形尤其与第一射束成形不同。最后，该方法包括在使用第一射束成形的和第二射束成形的结果的情况下分析处理所接收的雷达信号的步骤。
此外设置：一种用于分析处理雷达信号、尤其多个雷达信号的设备，所述雷达信号已经由天线阵列接收。该设备包括第一处理装置、第二处理装置和分析处理装置。第一处理装置设计用于将第一射束成形用于多个雷达信号中的一个雷达信号。第二处理装置设计用于将第二射束成形用于多个雷达信号中的一个雷达信号，其中，第二射束成形与第一射束成形不同。该分析处理装置设计用于在使用第一射束成形的和第二射束成形的结果的情况下分析处理所接收的雷达信号。
本发明的优点
本发明基于以下认识：在天线阵列的雷达信号的数字射束成形的情况下，在定位场的角度范围上产生波动的增益。尤其会在定位场的角度范围上在增益中记录到显著的扰动。
因此，本发明的构思在于：将这种认知纳入考虑并且提供雷达信号的如下分析处理：该分析处理抵抗增益中的这些扰动，并且能够实现在定位场的角度范围上的具有至少近似均匀变化过程的分析处理。
为此，本发明的一种方案是：将多个不同的射束成形用于雷达信号，其中，不同的射束成形在理想情况下互补成至少近似均匀的天线增益。例如，可以将第二射束成形用于天线阵列的雷达信号，该第二射束成形优选在第一射束成形的最小值的范围内具有其最大值。以这种方式，可以通过第二射束成形至少近似地补偿第一射束成形的增益扰动。
在此优选地，可以由具有均匀分布的、等距布置的天线元件的天线阵列提供应当通过根据本发明的方法分析处理的雷达信号。例如，每个天线元件可以提供用于雷达信号的接收通道的信号。在具有等距布置的天线元件(通用线性区域，ULA)的这种天线阵列中，可以特别高效地借助快速傅里叶变换(FFT)实现射束成形。由此，可以实现特别快速和高效的射束成形，这需要用于计算的相对较小的硬件开销。
在本文中，雷达信号理解为天线阵列的各个天线元件的各个接收通道的所有信号的总和。在此，雷达系统有规律地、优选周期性地发送高频信号，所述高频信号由待探测的对象反射，随后可以由天线阵列的天线元件接收所反射的信号并且将所反射的信号提供到各个接收通道中用于进一步处理。通过高频信号的多次发送和相应雷达响应的接收，以这种方式也以时间序列彼此相继地接收多个雷达信号，所述多个雷达信号随后可以被分析处理。
在此，在射束成形情况下可以成形多个射束。尤其可以针对每个天线执行单独的射束成形。因此，对于N个天线也存在N个射束或雷达信号。
根据一种实施方式，将第一射束成形和第二射束成形分别用于相同的雷达信号。换句话说，将第一射束成形和第二射束成形分别用于天线阵列的天线元件的接收通道的相同信号。因此，对于每个所接收的雷达信号进行多重射束成形。
根据一种替代实施方式，将第一射束成形和第二射束成形用于不同的雷达信号。例如，可以在所接收的雷达信号的时间序列中分别交替地使用第一射束成形和第二射束成形。以这种方式，不需要增加用于两种不同的射束成形的计算开销。
根据一种实施方式，通过使用复数的(komplexe)窗口函数来使用第一射束成形的和/或第二射束成形。这种复数的窗口函数能够使射束成形特别简单且高效地匹配于相应要求。
根据一种实施方式，第二射束成形的最大值相对于第一射束成形的最大值偏移半个频率单元(Bin)。通过使两个射束成形偏移半个频率单元，第二射束成形的最大值处于第一射束成形的最小值的范围内。以这种方式，可以实现在定位场的角度范围上的增益的至少近似均匀的变化过程。在此，在射束成形、尤其借助FFT的射束成形中，一个频率单元相应于天线射束的两个相邻最大值的间距。
根据一种实施方式，所述方法还包括用于将至少一个另外的射束成形用于多个雷达信号中的一个雷达信号的步骤。通过使用三个或更多不同的射束成形，可以实现在定位场上的增益的进一步均匀化。在此可以理解为：在多于两种不同的射束成形的情况下，对各个射束成形分别如此进行匹配，使得其在叠加的情况下导致尽可能均匀的天线增益。例如，在三个射束成形的情况下，各个射束成形的最大值可以分别相对于彼此偏移三分之一，或者，一般性地在n个射束成形的情况下分别相对于彼此偏移1/n。
根据一种实施方式，多个雷达信号中的每个雷达信号分别包括天线阵列的多个天线元件的接收信号。如前面已经描述的那样，天线阵列优选涉及具有等距布置的天线元件的天线阵列。由此，可以借助快速傅里叶变换特别高效地执行射束成形。
只要有意义，上述构型和扩展方案可以任意地相互组合。本发明的其他构型、扩展方案和实现方式也包括本发明的在上文中或下文中关于实施例所描述的特征的未明确提到的组合。在此，本领域技术人员尤其还将单个方面作为改进或补充添加到本发明的相应的基本形式中。
附图说明
下面借助附图阐述本发明的其它特征和优点。附图示出：
图1示出根据一种实施方式的用于分析处理雷达信号的设备的框图的示意图；
图2示出根据一种实施方式的在射束成形之后的天线增益的示意图；
图3示出根据一种实施方式的用于分析处理雷达信号的方法所基于的流程图的示意图。
具体实施方式
图1示出具有用于分析处理雷达信号的设备1的雷达系统的框图的示意图。雷达系统包括至少一个发送高频信号的发送天线3。所发送的信号可以在对象O上被反射。所反射的信号随后由天线元件2-i接收并且被提供给用于分析处理雷达信号的设备1。在此，雷达信号在上下文中理解为所有天线元件2-i的接收通道的整体，所述接收通道对应于所发送的雷达信号。由于通过发送天线3多次对发送信号进行发送，所以由天线元件2-i也接收到多个雷达信号的时间序列。
具有天线元件2-i的天线阵列优选涉及具有多个等距布置的天线元件2-i的天线阵列，其中，将各个天线元件2-i布置在虚拟的轴线上。
在设备1中，将所接收的雷达信号提供用于分析处理雷达信号。用于分析处理雷达信号的设备1包括至少一个第一处理装置11、第二处理装置12和分析处理装置13。第一处理装置11在使用天线元件2-i的信号的情况下分别针对雷达信号计算第一射束成形。尤其在具有均匀分布的天线元件2-i(ULA)的天线阵列的之前所述的配置情况下，可以借助快速傅里叶变换特别简单地实施射束成形。因为借助FFT的这种射束成形的基本原理原则上是已知的，所以在此省去相应描述。雷达信号的数字射束成形在此例如可以通过使用合适的窗口函数来实现。
同样地，第二处理装置12类似于第一处理装置11那样实施射束成形。然而在此，通过第二处理装置12的射束成形与通过第一处理装置11的射束成形不同。尤其可以通过第二处理装置12实现如下射束成形：所述射束成形的最大值处于第一射束成形的最小值中。这例如可以通过如下方式实现：针对第二射束成形使用具有复数分量的窗口函数，该窗口函数导致最大值偏移半个频率单元。这种窗口函数例如可以通过以下公式实现：
w(n)＝exp(j＊2＊pi＊0，5＊n/N)＝exp(j＊pi＊n/N)
在此：
w：复数窗口函数；
N：天线阵列的天线元件2-i的数量；
n：天线阵列的天线元件2-i的接收通道。
执行以半个频率单元偏移的两个射束成形与如下射束成形相同：在该射束成形中，在FFT中以零填充使长度加倍。然而由此增大了计算开销。
如上文所述，可以通过两个单独的处理装置11和12来实现这两个射束成形。然而应当理解的是，也通过包括足够计算能力的共同的处理装置来实现这两个射束成形，以便能够执行这两个射束成形的计算。
图2以实线示出根据第一射束成形的增益。此外，在图2中以虚线示出第二射束成形的增益。在此，第二射束成形如此调整，使得第二射束成形的最大值至少近似地与第一射束成形的最小值重合。以这种方式，可以清楚地看出，通过两个变化过程的叠加可以实现天线增益的至少近似均匀的变化过程。以这种方式，可以在整个定位场上实现对象的良好探测。
除了之前已经描述的将两个不同的射束成形同时用于雷达信号(所述雷达信号已经在共同的时刻所接收)的通道之外，也可能的是，分别仅将一个射束成形用于每个雷达信号，并且在此分别将另一射束成形用于时间上相继接收的雷达信号。例如，可以针对第一雷达信号(其在第一时刻已经接收)使用第一射束成形，并且可以将第二射束成形用于在随后的第二时刻已经接收的雷达信号。然后可以再次借助第一射束成形来处理另一随后接收的雷达信号。以这种方式可以使用不同射束成形的优点，而在此不产生附加的增大的计算开销。
应当理解的是，根据图1的具有仅一个发射天线3和仅四个接收天线元件2-i的视图仅被示意性地理解，并且不对本发明构成限制。更确切地说，也可以实现与此不同数量的发射天线3和/或接收天线元件2-i。
相应地，本发明也不仅局限于使用两种不同的射束成形。更确切地说，也可以同时地或彼此相继地实施多于两种不同的射束成形。以这种方式可以实现天线增益变化过程的进一步均匀化。在此，在增加不同射束成形的数量的情况下，则必须相应地对各个射束成形相对于彼此的偏移进行匹配。例如，在三个不同的射束成形的情况下，各个射束成形的最大值可以分别相对于彼此偏移三分之一。
最后，将各个射束成形的结果提供给处理装置13，该处理装置在使用各个射束成形的情况下可以分别实施雷达信号的处理。例如，在此可以实施对象的探测、对象速度的确定等。显然，在使用多个射束成形的情况下也可以实现雷达信号的任意其他合适的分析处理。
图3示出根据一种实施方式的用于分析处理雷达信号的方法所基于的流程图的示意图。在步骤S1中，由具有天线元件2-i的天线阵列接收多个雷达信号。在步骤S2中，将第一射束成形用于所接收的雷达信号，并且在步骤S3中，将第二射束成形用于雷达信号。如之前已经描述的那样，在此要么可以将第一射束成形和第二射束成形用于同一雷达信号，要么可以彼此相继地分别仅将一个射束成形用于在时间上相继地接收的多个雷达信号。
最后，在步骤S4中，在使用不同射束成形的情况下对雷达信号进行分析处理。该分析处理例如可以包括一个或多个对象的探测或对象的速度确定。显然，雷达信号的任意其它合适的分析处理也是可能的。
总之，本发明涉及雷达信号(尤其借助ULA天线已经接收的雷达信号)的改善的分析处理。通过将多个不同的射束成形用于雷达信号，可以补偿增益中的由射束成形引起的扰动。

Claims (6)

1.一种用于分析处理雷达信号的方法，所述方法具有以下步骤：
由天线阵列接收(S1)多个雷达信号；
将第一射束成形用于(S2)所述多个雷达信号中的一个雷达信号；
将第二射束成形用于(S3)所述多个雷达信号中的一个雷达信号，其中，所述第二射束成形与所述第一射束成形不同；
在使用所述第一射束成形的和所述第二射束成形的结果的情况下分析处理(S4)所接收的多个雷达信号，
其中，将所述第一射束成形和所述第二射束成形用于所接收的多个雷达信号中的不同的雷达信号，
其中，在所接收的雷达信号的时间序列中分别交替地使用所述第一射束成形和所述第二射束成形，
其中，所述多个雷达信号中的每个雷达信号分别包括所述天线阵列的多个天线元件(2-i)的接收信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述第一射束成形和/或使用所述第二射束成形包括：使用复数的窗口函数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二射束成形的最大值相对于所述第一射束成形的最大值偏移半个频率单元。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括用于将至少一个另外的射束成形用于所述多个雷达信号中的一个雷达信号的步骤。
5.一种用于分析处理多个雷达信号的设备(10)，所述多个雷达信号已经由天线阵列接收，其中，所述设备(10)包括：
第一处理装置(11)，所述第一处理装置设计用于将第一射束成形用于所述多个雷达信号中的一个雷达信号；
第二处理装置(12)，所述第二处理装置设计用于将第二射束成形用于所述多个雷达信号中的一个雷达信号，其中，所述第二射束成形与所述第一射束成形不同；
分析处理装置(13)，所述分析处理装置设计用于在使用所述第一射束成形的和所述第二射束成形的结果的情况下分析处理所接收的雷达信号，
其中，所述设备具有天线阵列，所述天线阵列包括多个天线元件(2-i)，其中，所述多个雷达信号中的每个雷达信号分别包括所述天线阵列的多个天线元件(2-i)的接收信号，
其中，将所述第一射束成形和所述第二射束成形用于所接收的多个雷达信号中的不同的雷达信号，
其中，在所接收的雷达信号的时间序列中分别交替地使用所述第一射束成形和所述第二射束成形。
6.根据权利要求5所述的设备(10)，其中，将所述天线阵列的各个天线元件(2-i)沿着虚拟轴线等距地布置。
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