CN112305503A - 多输入多输出成像阵列及相应的成像方法 - Google Patents

多输入多输出成像阵列及相应的成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多输入多输出成像阵列及相应的成像方法。提供了一种用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像阵列。该多输入多输出成像阵列包括发射天线和接收天线的冗余阵列以及控制器。在这种情况下，该控制器被配置成实施选择模式，其中，该选择模式选择用于创建相应图像的各个发射和接收天线对。

Description

多输入多输出成像阵列及相应的成像方法
技术领域
本发明涉及一种用于关于被测设备的入射角分辨图像(incident angleresolved images)的多输入多输出成像阵列以及一种用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像方法。
背景技术
通常，尤其是在自动驾驶汽车的背景下，随着汽车雷达集成部件的数量日益增加，对用于入射角分辨图像的多输入多输出成像阵列以及用于入射角分辨图像的多输入多输出成像方法的需求日益增长，以便以高度准确且有效的方式验证所述汽车雷达集成部件的正确功能。例如，在US 2017/0363719A1中对此进行描述。
遗憾的是，用于关于被测设备(诸如所述汽车雷达集成部件)的入射角分辨图像的多输入多输出成像阵列以及用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像方法都不是已知的。
发明内容
因此，需要提供一种用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像阵列以及用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像方法，从而确保高准确度和高效率。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像阵列。所述多输入多输出成像阵列包括发射天线和接收天线的冗余阵列以及控制器。在这种情况下，所述控制器被配置成实施选择模式，其中，所述选择模式选择用于创建相应图像的各个发射和接收天线对。有利地，不仅可以确保高准确度，而且可以确保高效率。
根据本发明的第一方面的第一优选实现形式，所述选择模式基于将用于创建所述相应图像所需的入射角。有利地，例如可以进一步提高效率。
根据本发明的第一方面的第二优选实现形式，所述发射天线和所述接收天线被布置成使得所述发射天线和所述接收天线大致位于与各自的镜面反射点彼此成所述入射角处。有利地，例如可以进一步提高准确度。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述各个发射和接收天线对的集合形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列。有利地，例如可以进一步提高准确度和效率。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述控制器被配置成基于密集采样阵列(densely sampled array)重建所述相应图像。有利地，例如可以以高度准确且有效的方式执行重建。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，基于形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列的所述各个发射和接收天线对的集合，所述控制器被配置成基于相应的所述密集采样阵列重建所述相应图像。有利地，例如可以进一步提高准确度和效率。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述冗余阵列关于一维是冗余的。有利地，例如可以降低复杂度，从而提高效率。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述冗余阵列关于至少一维是冗余的、优选地关于二维是冗余的。有利地，例如可以进一步提高准确度。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述被测设备和/或所述冗余阵列机械地移动以随着时间的推移创建合成的二维冗余阵列。有利地，例如可以降低成本，这导致效率得以提高。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述被测设备包括雷达罩、优选地汽车雷达罩。有利地，例如可以测试汽车雷达集成部件。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述冗余阵列包括至少一种稀疏性。有利地，例如可以提高准确度。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述控制器被配置成通过附近入射角(nearby incident angles)之间的插值创建精确的入射角。有利地，例如可以进一步提高准确度。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述控制器被配置成解决所述至少一种稀疏性。有利地，例如可以提高效率和准确度两者。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述控制器被配置成在附近入射角之间求平均。有利地，例如可以进一步提高准确度。
根据本发明的第一方面的另一优选实现形式，所述控制器被配置成通过在附近入射角之间求平均来解决所述至少一种稀疏性。有利地，例如不仅可以进一步提高准确度，而且可以进一步提高效率。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像方法。所述多输入多输出成像方法包括如下步骤：提供发射天线和接收天线的冗余阵列，以及实施选择模式，其中，所述选择模式选择用于创建相应图像的各个发射和接收天线对。有利地，不仅可以确保高准确度，而且可以确保高效率。
根据本发明的第二方面的第一优选实现形式，所述选择模式基于将用于创建所述相应图像所需的入射角。有利地，例如可以进一步提高效率。
根据本发明的第二方面的第二优选实现形式，所述方法还包括将所述发射天线和所述接收天线布置成使得所述发射天线和所述接收天线大致位于与各自的镜面反射点彼此成所述入射角处的步骤。有利地，例如可以进一步提高准确度。
根据本发明的第二方面的另一优选实现形式，所述方法还包括借助所述各个发射和接收天线对的集合形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列的步骤。有利地，例如可以进一步提高准确度和效率。
根据本发明的第二方面的另一优选实现形式，所述方法还包括基于密集采样阵列重建所述相应图像的步骤。有利地，例如可以以高度准确且有效的方式执行重建。
附图说明
现在仅通过示例而非限制的方式参照附图进一步阐述本发明的示例性实施方式。附图中：
图1示出了本发明的第一方面的示例性实施方式；
图2示出了关于镜面反射点的第一示例性情况；
图3示出了关于镜面反射点的第二示例性情况；
图4示出了关于镜面反射点的第三示例性情况；
图5示出了关于镜面反射点的第四示例性情况；
图6示出了关于镜面反射点的第五示例性情况；
图7示出了本发明的第一方面的另一示例性实施方式；
图8示出了示例性阵列稀疏概念；
图9示出了本发明的第二方面的示例性实施方式的流程图；
图10示出了本发明的第二方面的另一示例性实施方式的流程图；以及
图11示出了本发明的第二方面的另一示例性实施方式的流程图。
具体实施方式
首先，图1示出了本发明的用于关于被测设备15的入射角分辨图像的多输入多输出成像阵列10的示例性实施方式。该多输入多输出成像阵列10包括发射天线和接收天线的冗余阵列(示例性地，发射天线11a、12a、13a、14a和相应的接收天线11b、12b、13b、14b的四个对)以及控制器17。
在这种情况下，控制器17实施选择模式，其中，该选择模式选择用于创建相应图像的各个发射和接收天线对。需要注意，如果选择模式基于将用于创建所述相应图像所需的入射角，则可以是特别有利的。
此外，发射天线11a、12a、13a、14a和接收天线11b、12b、13b、14b可以被布置成使得发射天线11a、12a、13a、14a和接收天线11b、12b、13b、14b大致位于与各自的镜面反射点彼此成所述入射角处。
除此之外或作为替选，各个发射和接收天线对的集合可以形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列。此外，如果控制器基于密集采样阵列重建所述相应图像，则可以是特别有利的。
附加地或可替选地，基于形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列的各个发射和接收天线对的集合，控制器可以基于相应的密集采样阵列重建所述相应图像。此外，还需注意，如果冗余阵列关于一维是冗余的，则可以是特别有利的。
可替选地，冗余阵列尤其可以关于至少一维是冗余的、优选地关于二维是冗余的。此外，尤其在冗余阵列关于一维冗余的情况下，被测设备15和/或冗余阵列可以机械地移动以随着时间的推移创建合成的二维冗余阵列。
关于被测设备15，根据图1，要注意，被测设备15包括雷达罩16、优选地汽车雷达罩。在这种情况下，还要注意，雷达罩尤其为雷达屏蔽器。
关于冗余阵列，要注意，该冗余阵列尤其可以包括至少一种稀疏性。此外，控制器17尤其可以通过附近入射角之间的插值创建精确的入射角。特别是关于上述至少一种稀疏性，要注意，控制器17可以解决该至少一种稀疏性。
还要注意，如果控制器17可以在附近入射角之间求平均，则可以是特别有利的。此外，控制器17尤其可以通过在附近入射角之间求平均来解决所述至少一种稀疏性。
现在参照图2示出了关于镜面反射点的第一示例性情况20。
根据图2，示出了一个示例性镜面反射点。除此之外，还示出了多个发射和接收天线对21。在这种情况下，单个发射和接收天线对尤其包括处于同一位置的独立发射器和接收器。此外，所述多个发射和接收天线对21尤其形成阵列、优选地一维阵列。
还可以看出，尤其针对一个镜面反射点存在巨大量的发射器和接收器对，每个发射器和接收器对分别具有其自己的入射角或反射角。换句话说，提供了具有高冗余度的多输入多输出(MIMO)阵列。根据MIMO阵列的大小，该阵列中的确切天线分布、镜面反射点的位置以及发射器和接收器对的数量可以变化。
为了在无过大间隙的宽角度范围上捕获反射点的入射角相关反射，相应的接收器阵列的天线分布和相应的发射器阵列的天线分布尤其可以不包含大的间隙。然后，同时，没有必要具有完全密集布置的接收器阵列和发射器阵列。有利地，对小范围的入射角求平均以缩小间隙，这样做的回报是可以容许小的间隙。
示例性地，对于根据图2的镜面反射点，存在大量的发射器和接收器对。由于镜面反射点集中在对称MIMO阵列的前面，因此发射器和接收器对的数量尤其为最大。各个相邻的镜面反射点仍然具有大量的发射器接收器对，尽管由于阵列的有限长度而没有那么多。
注意，由于根据图2的每个发射器接收器对是对称的，因此在另一方向上存在相同的信号路径。为了保持附图清楚，已经省略了所述信号路径。这也适用于以下附图。
此外，图3示出了关于镜面反射点的第二示例性情况30。在这种情况下，尤其以一维阵列的形式示出了多个发射器和接收器对31。另外还示出了虚拟阵列32。虚拟阵列32尤其仅包括用于各个被测设备的镜面反射部件的各个贡献部分。虚拟阵列32优选地是一维虚拟阵列。
此外，附图标记33标记了该情况，其中，相应的发射器和接收器对不具有有效的信号路径，这是因为在该示例中对于该发射器和接收器对来说不具有镜面反射点。另外，镜面反射点仍然在每次测量中都被考虑，但是在所示情况下对结果没有贡献。此外，镜面反射点仍然有助于使场景中的反射器(即相应被测设备的边缘)发生散射。这也尤其适用于以下各图。
还要注意，利用根据图2所示出的发射器和接收器对21，无法创建图像、尤其毫米波图像，这是因为这些发射器和接收器对21全都具有相同的虚拟天线。为了能够创建图像、优选地毫米波图像，尤其必须形成虚拟阵列。
对于在阵列前面的每个镜面反射点，尤其必须要挑选正确的发射器和接收器对来创建虚拟阵列，该虚拟阵列优选地仅由关于镜面反射点具有所需入射角的发射器和接收器对组成。
此外，对于每个发射器和接收器对(尤其是组成虚拟阵列的发射器和接收器对)，入射角不必须相同。例如，对于潜在的被测设备，可以与之相关的是，在侧面具有较大的入射角，在中心具有较小的入射角。通常，入射角和反射角尤其分别由在镜面反射点处的各自的表面法线之间的角度以及入射矢量和反射矢量给出。
此外，优选地，可按照以下约束条件挑选发射器和接收器对。第一，对于在各自的物理孔径前面的每个镜面反射点，必须选择具有所需入射角的发射器和接收器对。第二，必须对各自形成的虚拟阵列进行密集采样，使得图像重建成为可能。
还要注意，可以建立任意数量的虚拟阵列，并且对于每个虚拟阵列，可以重建图像、优选地毫米波图像。
根据图4，示出了关于镜面反射点的另一示例性情况40。在这种情况下，示出了物理阵列41(优选地，一维物理阵列)和虚拟阵列42(优选地，一维虚拟阵列)。示例性地，可以看出，选择具有极低入射角的发射器和接收器对。另外，对于每个反射点，具有相同的入射角。
还要注意，各个虚拟孔径仍然密集布置，并且尤其与图3中的尺寸相同。
此外，图5示出了关于镜面反射点的另一示例性情况50。在这种情况下，示出了物理阵列51(优选地，一维物理阵列)和虚拟阵列52(优选地，一维虚拟阵列)。
示例性地，可以看出，选择具有极高入射角的发射器和接收器对。另外，对于每个反射点，具有相同的入射角。还要注意，各个虚拟孔径仍然密集布置，并且尤其与图3和图4中的尺寸相同。
此外，图6示出了关于镜面反射点的另一示例性情况60。在这种情况下，示出了物理阵列61(优选地，一维物理阵列)和虚拟阵列62(优选地，一维虚拟阵列)。示例性地，可以看出，选择了具有混合入射角的发射器和接收器对。除此之外，高入射角在侧面，而较低的入射角更靠近中心。还要注意，各个虚拟孔径仍然密集布置，并且尤其与图3、图4和图5中的尺寸相同。
通常，特别是对于各个被测设备，优选地关于其形状，要注意，本发明的目标被测设备尤其是汽车雷达覆盖物，诸如标志、标识、保险杠、塑料盖等。这些部件中的绝大多数尤其不具有曲率或曲率很小。此外，这些部件尤其具有平滑的表面。
还要注意，对于绝大多数的被测设备，可以应用本发明而不考虑形状。此外，可以尤其通过根据各个被测设备的形状选择相应的发射器和接收器对而考虑被测设备的显著曲率。
现在，参照图7，示出了本发明的第一方面的另一实施方式。在这种情况下，包括多个发射器和接收器对的物理阵列71(优选地，一维物理阵列)从下到上机械地移动。
通常要注意，如果物理阵列在至少一个维度上是高度冗余的，则可以是特别有利的。此外，该物理阵列可以实现为全电子阵列、技术扫描阵列(该技术扫描阵列通过一系列单独测量来模拟所述物理阵列)或全电子阵列和技术扫描阵列两者的组合。
还要注意，借助机械运动，物理阵列71可以在至少一个维度上尤其通过合成孔径方法来扩展。例如，一维高度冗余的物理阵列可以沿着任意轨迹移动，以在由该轨迹给定的维度上扩展该阵列。
此外，各个被测设备可以机械地被移动，以在至少一个维度上尤其通过逆合成孔径方法扩展物理阵列。例如，被测设备可以沿着任意轨迹移动，以将阵列扩展到由该轨迹给定的维度中。
此外，应注意以下几点。第一，由于MIMO阵列可以在一个方向上是高度冗余的，因此在二维上的完全电子实现可能不可行。第二，可以通过MIMO阵列或被测设备在至少一个其它方向上的移动来合成二维阵列。第三，二维的具有足够尺寸的高度冗余的MIMO阵列可能不可行，尤其从技术和经济角度而言。第四，可以根据应用、机械约束等自由选择冗余MIMO阵列或被测设备移动的方向及其高度冗余的方向。这尤其不影响本发明的本质。
根据图8，示出了示例性的阵列稀疏概念。在该示例性情况下，关于包括多个发射器和接收器对的阵列81，执行相应的发射器阵列82b和相应的接收器阵列82a的物理分离。在这种情况下，从图8还可以看出，所述分离导致接收器阵列82a和发射器阵列82b之间的横向平移。
根据该示例性稀疏概念，提供了包括一些间隙的接收器阵列83a和包括一些间隙的发射器阵列83b。要注意，如果天线之间的间隙保持很小、优选地小于各自的辐射波长的三倍，则可以是特别有利的。尤其为了创建密集采样的虚拟阵列，应通过引入对入射角求平均来缩小间隙。
还要注意，可以自由选择物理分离的阵列中的各个发射器阵列和接收器阵列的位置(尤其是只要这些阵列在至少一个维度上保持高度冗余)并且可以建立具有不同入射角特性的虚拟阵列。
最后，图9示出了本发明的用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像方法的示例性实施方式的流程图。在第一步骤100中，提供发射天线和接收天线的冗余阵列。然后，在第二步骤101中，实施选择模式，其中，该选择模式选择用于创建相应图像的各个发射和接收天线对。
如果选择模式基于将用于创建所述相应图像所需的入射角，则可以是特别有利的。
除此之外或作为替选，根据图10，所述方法还可以包括将发射天线和接收天线布置成使得所述发射天线和接收天线大致位于与各自的镜面反射点彼此成入射角处的步骤。
附加地或可替选地，所述方法还可以包括借助各个发射和接收天线对的集合形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列的步骤。另外附加地或另外可替选地，所述方法尤其可以包括基于密集采样阵列重建所述相应图像的步骤。
此外，基于形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列的各个发射和接收天线对的集合，所述方法可以附加地或可替选地包括基于相应的密集采样阵列重建所述相应图像的步骤。
关于上述冗余阵列，要注意，该冗余阵列尤其可以关于一维是冗余的。此外，该冗余阵列可以关于至少一维是冗余的、优选地相对于二维是冗余的。
此外，所述方法还可以包括机械地移动被测设备和/或冗余阵列以随着时间的推移创建合成的二维冗余阵列的步骤。关于被测设备，要注意，该被测设备可以尤其包括雷达罩、优选地汽车雷达罩。还要注意，冗余阵列尤其可以包括至少一种稀疏性。
根据图11，如果所述方法还包括通过附近入射角之间的插值来创建精确的入射角的步骤，则可以是特别有利的。除此之外或作为替选，所述方法还可以包括解决所述至少一种稀疏性的步骤。附加地或可替选地，所述方法还可以包括对附近入射角求平均的步骤。
另外附加地或另外可替选地，所述方法可以包括通过对附近入射角求平均来解决所述至少一种稀疏性的步骤。
尽管上文已经描述了本发明的各种实施方式，但是应当理解，仅通过示例而非限制的方式呈现了这些实施方式。在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可以根据本文中的公开内容对所公开的实施方式进行多种修改。因此，本发明的广度和范围不应受上述实施方式中的任一实施方式限制。而是，本发明的范围应根据所附权利要求及其等同物来限定。
尽管已经关于一个或多个实现方式示出和描述了本发明，但是对于本领域的技术人员来说，在阅读并理解本说明书和附图之后，将想到等同的改变和修改。另外，尽管可以关于多个实现方式中的仅一个实现方式公开本发明的特定特征，但是这类特征可以与其它实现方式的一个或多个其它特征组合，这对于任一给定或特定应用可以为期望的且有利的。

Claims (20)

1.一种用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像阵列，所述多输入多输出成像阵列包括：
发射天线和接收天线的冗余阵列，以及
控制器，
其中，所述控制器被配置成实施选择模式，
其中，所述选择模式选择用于创建相应图像的各个发射和接收天线对。
2.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述选择模式基于将用于创建所述相应图像所需的入射角。
3.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述发射天线和所述接收天线被布置成使得所述发射天线和所述接收天线大致位于与各自的镜面反射点彼此成所述入射角处。
4.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述各个发射和接收天线对的集合形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列。
5.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述控制器被配置成基于密集采样阵列重建所述相应图像。
6.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，基于所述各个发射和接收天线对的集合形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列，所述控制器被配置成基于相应的密集采样阵列重建所述相应图像。
7.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述冗余阵列关于一维是冗余的。
8.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述冗余阵列关于至少一维是冗余的、优选地关于二维是冗余的。
9.根据权利要求7所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述被测设备和/或所述冗余阵列机械地移动以随着时间的推移创建合成的二维冗余阵列。
10.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述被测设备包括雷达罩、优选地汽车雷达罩。
11.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述冗余阵列包括至少一种稀疏性。
12.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述控制器被配置成通过附近入射角之间的插值创建精确的入射角。
13.根据权利要求11所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述控制器被配置成解决所述至少一种稀疏性。
14.根据权利要求1所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述控制器被配置成在附近入射角之间求平均。
15.根据权利要求11所述的多输入多输出成像阵列，
其中，所述控制器被配置成通过在附近入射角之间求平均来解决所述至少一种稀疏性。
16.一种用于关于被测设备的入射角分辨图像的多输入多输出成像方法，所述多输入多输出成像方法包括如下步骤：
提供发射天线和接收天线的冗余阵列，以及
实施选择模式，
其中，所述选择模式选择用于创建相应图像的各个发射和接收天线对。
17.根据权利要求16所述的多输入多输出成像方法，
其中，所述选择模式基于将用于创建所述相应图像所需的入射角。
18.根据权利要求16所述的多输入多输出成像方法，
其中，所述方法还包括将所述发射天线和所述接收天线布置成使得所述发射天线和所述接收天线大致位于与各自的镜面反射点彼此成所述入射角处的步骤。
19.根据权利要求16所述的多输入多输出成像方法，
其中，所述方法还包括借助所述各个发射和接收天线对的集合形成创建失真图像和/或混叠最小化图像的阵列的步骤。
20.根据权利要求16所述的多输入多输出成像方法，
其中，所述方法还包括基于密集采样阵列重建所述相应图像的步骤。
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