CN112305527B - 用于码分多址多输入多输出雷达的双曲线波形 - Google Patents

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Abstract

用于码分多址多输入多输出雷达的双曲线波形。双曲线波形多输入多输出雷达，包括生成器电路、多个发射电路、多输入多输出天线、和多个接收电路。生成器电路可是可操作以生成线性调频信号和双曲线调频信号。发射电路可是可操作以通过响应于多个编码族参数，将线性调频信号和双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中该多个发射信号定义正交波形族。多输入多输出天线可是可操作以朝向物体发射发射信号并接收来自物体的多个接收信号。接收电路可是可操作以响应于接收信号确定多个数据信号，其中该数据信号适合于确定在多输入多输出天线和物体之间的距离。

Description

用于码分多址多输入多输出雷达的双曲线波形
背景技术
多输入多输出(MIMO)雷达的操作涉及来自多个发射天线的多个波形的发射。多输入多输出雷达的时分多址(TDMA)实施方式在发射功率和最大不模糊多普勒方面可效率不高。多输入多输出雷达的其他实施方式，诸如码分多址(CDMA)方案，可比TDMA-MIMO雷达效率更高。然而，现有的多输入多输出雷达实施方式通常是复杂的，利用高速数模转换器并且可具有复杂的本地振荡器方案。面向多输入多输出雷达操作的、具有较佳互相关特性的码族将是有用的。
发明内容
提供了双曲线波形多输入多输出雷达。该双曲线波形多输入多输出雷达包括生成器电路、多个发射电路、多输入多输出天线和多个接收电路。生成器电路可操作以生成线性调频信号和双曲线调频信号。多个发射电路联接到生成器电路，并且可操作以通过响应于多个编码族参数，将线性调频信号和双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中，该多个发射信号定义正交波形族。多输入多输出天线联接到多个发射电路，并且可操作以朝向物体发射多个发射信号并接收来自物体的多个接收信号。多个接收电路联接到多输入多输出天线，并且可操作以响应于多个接收信号确定多个数据信号，其中，该个数据信号适合于确定在多输入多输出天线和物体之间的距离。
在一个或多个实施例中，正交波形族定义多个码分多址码字。
在一个或多个实施例中，生成器电路和多个发射电路特征在于不存在数模转换器。
在一个或多个实施例中，双曲线波形多输入多输出雷达还包括雷达处理单元，该雷达处理单元联接到多个接收电路，并且可操作以确定在多输入多输出天线和物体之间的距离。
在一个或多个实施例中，多个发射电路中的每个包括第一频率电路，该第一频率电路配置为通过以多个编码族参数中的第一编码族参数对线性调频信号进行频率加权或相位加权以生成加权线性调频信号，并且该第一编码族参数具有的值为一或小于一。
在一个或多个实施例中，多个发射电路中的每个包括第二频率电路，该第二频率电路配置为通过以在一和第一编码族参数的值之间的差对双曲线调频信号进行频率加权或相位加权以生成加权双曲线调频信号。
在一个或多个实施例中，多个发射电路中的每个还包括模拟混合器电路，该模拟混合器电路配置为通过将加权线性调频信号和加权双曲线调频信号混合以生成内部发射信号。
在一个或多个实施例中，多个发射电路中的每个还包括混频器电路，该混频器电路配置为通过将内部发射信号乘以本地振荡器信号以生成多个发射信号中的一个。
在一个或多个实施例中，多输入多输出天线安装在车辆上。
提供了用于凭借双曲线波形多输入多输出雷达进行范围确定的方法。该方法包括生成线性调频信号。该方法包括生成双曲线调频信号。该方法包括通过使用多个模拟电路响应于多个编码族参数将线性调频信号和双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中，该多个发射信号形成正交波形族。该方法包括使用多输入多输出天线朝向物体发射多个发射信号。该方法包括接收来自物体的多个接收信号。该方法包括响应于多个接收信号生成多个数据信号。该方法还包括响应于数据信号计算在多输入多输出天线和物体之间的距离。
在一个或多个实施例中，正交波形族定义多个码分多址码字。
在一个或多个实施例中，线性调频信号的生成、双曲线调频信号的生成、以及多个发射信号的生成特征在于不存在数模转换。
在一个或多个实施例中，多个发射信号的生成包括，通过响应于多个编码族参数对线性调频信号进行频率加权或相位加权以生成多个加权线性调频信号；并且该多个编码族参数具有的值为一或小于一。
在一个或多个实施例中，多个发射信号的生成包括，通过以在一和多个编码族参数的多个值之间的多个差对双曲线调频信号频率加权或相位加权以生成加权双曲线调频信号。
在一个或多个实施例中，多个发射信号的生成包括，通过将多个加权线性调频信号和多个加权双曲线调频信号混合以生成多个内部发射信号。
在一个或多个实施例中，多个发射信号的生成包括，将多个内部发射信号乘以本地振荡器信号。
提供了车辆。该车辆包括生成器电路、多个发射电路、多输入多输出天线、和多个接收电路。生成器电路安装到车辆，并且可操作以生成线性调频信号和双曲线调频信号。多个发射电路安装到车辆，并且可操作以通过响应于多个编码族参数，将线性调频信号和双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中，该多个发射信号定义正交波形族。多输入多输出天线安装到车辆，并且可操作以朝向物体发射多个发射信号并接收来自物体的多个接收信号。多个接收电路安装到车辆，并且可操作以响应于多个接收信号生成多个数据信号，其中，该多个数据信号适合于确定在车辆和物体之间的距离。
在一个或多个实施例中，正交波形族定义多个码分多址码字。
在一个或多个实施例中，生成器电路和多个发射电路特征在于不存在数模转换器。
在一个或多个实施例中，车辆还包括雷达处理单元，该雷达处理单元联接到多个接收电路，并且可操作以确定在车辆和物体之间的距离。
当联系附图考虑时，从以下用于实施本公开的最佳模式的详细描述，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将是显而易见的。
本发明还提供了以下技术方案：
1.一种双曲线波形多输入多输出雷达，包括：
生成器电路，所述生成器电路可操作以生成线性调频信号和双曲线调频信号；
多个发射电路，所述多个发射电路联接到所述生成器电路，并且可操作以通过响应于多个编码族参数，将所述线性调频信号和所述双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中，所述多个发射信号定义正交波形族；
多输入多输出天线，所述多输入多输出天线联接到所述多个发射电路，并且可操作以朝向物体发射所述多个发射信号并接收来自所述物体的多个接收信号；以及
多个接收电路，所述多个接收电路联接到所述多输入多输出天线，并且可操作以响应于所述多个接收信号确定多个数据信号，其中，所述多个数据信号适合于确定在所述多输入多输出天线和所述物体之间的距离。
根据方案1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述正交波形族定义多个码分多址码字。
根据方案1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述生成器电路和所述多个发射电路特征在于不存在数模转换器。
根据方案1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，还包括雷达处理单元，所述雷达处理单元联接到所述多个接收电路，并且可操作以确定在所述多输入多输出天线和所述物体之间的所述距离。
根据方案1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多个发射电路中的每个包括第一频率电路，所述第一频率电路配置为通过以所述多个编码族参数中的第一编码族参数对所述线性调频信号进行频率加权或相位加权以生成加权线性调频信号，并且所述第一编码族参数具有的值为一或小于一。
根据方案5所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多个发射电路中的每个包括第二频率电路，所述第二频率电路配置为通过以在一和所述第一编码族参数的所述值之间的差对所述双曲线调频信号进行频率加权或相位加权以生成加权双曲线调频信号。
根据方案6所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多个发射电路中的每个还包括模拟混合器电路，所述模拟混合器电路配置为通过将所述加权线性调频信号和所述加权双曲线调频信号混合以生成内部发射信号。
根据方案7所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多个发射电路中的每个还包括混频器电路，所述混频器电路配置为通过将所述内部发射信号乘以本地振荡器信号以生成所述多个发射信号中的一个。
根据方案1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多输入多输出天线安装在车辆上。
一种用于凭借双曲线波形多输入多输出雷达进行范围确定的方法，包括：
生成线性调频信号；
生成双曲线调频信号；
通过使用多个模拟电路响应于多个编码族参数将所述线性调频信号和所述双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中，所述多个发射信号形成正交波形族；
使用多输入多输出天线朝向物体发射所述多个发射信号；
接收来自所述物体的多个接收信号；
响应于所述多个接收信号生成多个数据信号；并且
响应于所述数据信号计算在所述多输入多输出天线和所述物体之间的距离。
根据方案10所述的方法，其中，所述正交波形族定义多个码分多址码字。
根据方案10所述的方法，其中，所述线性调频信号的所述生成、所述双曲线调频信号的所述生成、以及所述多个发射信号的所述生成特征在于不存在数模转换。
根据方案10所述的方法，其中，所述多个发射信号的所述生成包括，通过响应于所述多个编码族参数对所述线性调频信号进行频率加权或相位加权以生成多个加权线性调频信号；并且所述多个编码族参数具有的值为一或小于一。
根据方案13所述的方法，其中，所述多个发射信号的所述生成包括，通过以在一和所述多个编码族参数的所述多个值之间的多个差对所述双曲线调频信号频率加权或相位加权以生成多个加权双曲线调频信号。
根据方案14所述的方法，其中，所述多个发射信号的所述生成包括，通过将所述多个加权线性调频信号和所述多个加权双曲线调频信号混合以生成多个内部发射信号。
根据方案15所述的方法，其中，所述多个发射信号的所述生成包括，将所述多个内部发射信号乘以本地振荡器信号。
一种车辆，包括：
生成器电路，所述生成器电路安装到所述车辆，并且可操作以生成线性调频信号和双曲线调频信号；
多个发射电路，所述多个发射电路安装到所述车辆，并且可操作以通过响应于多个编码族参数，将所述线性调频信号和所述双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中，所述多个发射信号定义正交波形族；
多输入多输出天线，所述多输入多输出天线安装到所述车辆，并且可操作以朝向物体发射所述多个发射信号并接收来自所述物体的多个接收信号；以及
多个接收电路，所述多个接收电路安装到所述车辆，并且可操作以响应于所述多个接收信号生成多个数据信号，其中，所述多个数据信号适合于确定在所述车辆和所述物体之间的距离。
根据方案17所述的车辆，其中，所述正交波形族定义多个码分多址码字。
根据方案17所述的车辆，其中，所述生成器电路和所述多个发射电路特征在于不存在数模转换器。
根据方案17所述的车辆，还包括雷达处理单元，所述雷达处理单元联接到所述多个接收电路，并且可操作以确定在所述车辆和所述物体之间的所述距离。
附图说明
图1是图示系统环境的示意图。
图2是根据示例性实施例的用于若干调频信号的瞬时频率的图表。
图3是根据示例性实施例的多输入多输出雷达的发射部分的实施方式的示意图。
图4是根据示例性实施例的多输入多输出雷达的接收部分的示意图。
图5是根据示例性实施例的用于为正交码字选择编码族参数值的方法的流程图。
具体实施方式
设计的实施例通常提供正交波形，该正交波形提供多输入多输出(MIMO)雷达的有效率的实施方式。可使用模拟电路生成基于双曲线调频信号的码分多址(CDMA)正交信号族。可实施正交编码族而不利用高速数模转换器和/或复杂的本地振荡器方案。编码族通常提供适于应用到多输入多输出雷达的低互相关特性以及高自相关特性。所得CDMA-MIMO方案可通过调频和/或调相实施。此外，可实施用以生成、发射和接收波形的方法。
在多个实施例中，汽车雷达可使用线性调频(LFM)和双曲线调频(HFM)的组合实施。线性调频信号(XLFM)的波形可通过如下公式1提供：
其中α＝B/T可是啁啾斜率，B可是信号带宽，并且T可是啁啾持续时间。
双曲线调频信号(XHFM)的波形可通过如下公式2提供：
其中，b＝(f1-f2)/(f1f2T)，f1可是啁啾起始频率，f2可是啁啾终止频率，并且T可是啁啾持续时间。双曲线调频通常由带宽(f1-f2)和啁啾持续时间T的组合定义。线性调频和双曲线调频二者可都仅使用低复杂度模拟电路实施。多个实施例可基于线性调频信号XLFM和双曲线调频信号XHFM创建正交信号族。
参考图1，示出了图示系统90的环境的示意图。系统90可包括车辆92和在车辆92外部的一个或多个物体94(示出一个)。车辆92通常包括多输入多输出雷达100。多输入多输出雷达100可包括多个发射电路102a-102m、多个接收电路104a-104n、和雷达处理单元106。
主发射信号(Tx)可由发射电路102a-102m生成并呈现。主发射信号Tx通常包括多个发射信号(或分量)，每发射电路102a-102m单个发射信号。主发射信号Tx可传达携带多个码字的射频信号。码字可在码分多址方案中形成正交码字族。主接收信号(Rx)可由接收电路104a-104n接收。主接收信号Rx通常包括多个接收信号，单个接收信号用于从物体94反射(或返回)的发射信号。
车辆92可包括但不限于移动车辆(或物体)，诸如汽车、卡车、摩托车、船、火车和/或飞机。在一些实施例中，车辆92可包括静止物体，诸如广告牌、售货亭和/或帐篷。可实施其他类型的车辆92以满足特定应用的设计标准。
物体94可包括但不限于移动物体(或目标)，诸如行人、自行车、手推车、汽车、卡车、摩托车、船、火车和/或飞机。在一些实施例中，物体94可包括静止物体(或目标)，诸如标牌、柱、建筑物、邮箱和/或墙壁。可实施能够反射主雷达信号Tx的其他类型的物体94以满足特定应用的设计标准。
多输入多输出雷达100可实施码分多址雷达电路。多输入多输出雷达100通常操作以生成并发射主发射信号Tx并接收主接收信号Rx。多输入多输出雷达100可还操作以利用在主接收信号Rx之内的码字和码字的定时以确定物体94的位置、至物体94的方位和/或由物体94引起的多普勒频移。
发射电路102a-102m可实施雷达发射器电路(或发射链路)。发射电路102a-102m可共同生成主发射信号Tx。发射电路102a-102m通常操作以使用线性调频信号XLFM和双曲线调频信号XHFM的独特(unique)混合以生成主发射信号Tx的相应分量。
接收电路104a-104n可实施雷达接收器电路。接收电路104a-104n可接收由物体94返回的主发射信号Tx的分量。接收电路104a-104n可利用在主接收信号Rx中的码字的正交性质以在所接收的由物体94返回的分量中进行区分雷达处理单元106可实施一个或多个计算机(或处理器)。雷达处理单元106通常操作以响应于从接收电路104a-104n接收的幅度信息和相位信息，确定在多输入多输出雷达100和物体94之间的距离、到物体94的角度方向(例如，方位角)和/或物体94的多普勒频移。
参考图2，根据示例性实施例示出了用于若干调频信号的瞬时频率的图表120。图表120的x轴(横坐标轴)通常以微秒为单位表示时间。图表120的y轴(纵坐标轴)通常以兆赫为单位表示频率。线性曲线122可图示作为时间的函数的线性调频信号XLFM。双曲线曲线126可图示作为时间的函数的双曲线调频信号XHFM。中间曲线124可图示作为时间的函数的中间调频信号，该中间调频信号是线性调频信号XLFM和双曲线调频信号XHFM的组合。
不同的中间信号可通过线性调频信号XLFM和双曲线调频信号XHFM的不同混合创建，多个中间信号可形成双曲线正交信号族族(HOSF(γ))。在双曲线正交信号族中的波形频率f(t)可由如下公式3定义：
f(t)＝fc+(γαt+γαbf1t2+f1-f1γ)/(1+bf1t),γ∈[0,1] (3)
其中，γ可是在范围从零到一的集合中的编码族参数，fc可是载波频率，f1可是啁啾起始频率，f2可是啁啾终止频率，t是时间，α可是斜率，b＝(f1-f2)/(f1f2T)，并且T可是啁啾持续时间。
双曲线正交信号族可建立在编码族参数γ的不同值之间实现高自相关和低互相关的编码族。信号HOSF(γ＝0)可是双曲线调频信号XHFM(例如，双曲线126)。信号HOSF(γ＝1)可是线性调频信号XLFM(例如，线性曲线122)。信号HOSF(γ＝0.5)可是中间调频信号(例如，中间曲线124)。可使用编码族参数γ的其他值在双曲线正交信号族之内实施其他信号。
参考图3，根据示例性实施例示出了多输入多输出雷达100的发射部分的实施方式的示意图。发射部分通常包括生成器电路180和发射电路102a-102m。生成器电路180通常包括第一模拟合成器电路182和第二模拟合成器电路184。发射电路102a可包括第一频率电路200a、第二频率电路202a、模拟混合器电路204a、低通滤波器电路206a、本地振荡器电路208a、混合器电路210a和发射天线212a。发射电路102b-102m在设计上可类似于发射电路102a。发射天线212a-212m的组合可形成多输入多输出天线的发射部分。
线性调频信号XLFM可由第一模拟合成器电路182生成，并传送到第一频率电路200a-200m。双曲线调频信号XHFM可由第二模拟合成器电路184生成，并且传送到第二频率电路202a-202m。多个内部发射信号(例如，ITa-ITm)可由模拟混合器电路204a-204m生成并呈现到低通滤波器电路206a-206m。发射天线212a-212m可生成并广播多个发射信号Txa-Txm。
第一模拟合成器电路182可实施线性调频生成器电路。第一模拟合成器电路182通常操作以生成线性调频信号XLFM。在多种实施例中，第一模拟合成器电路182可仅凭借模拟电路实施。例如，第一模拟合成器电路182可基于锁相环电路。可实施其他类型的基于模拟的线性调频电路，以满足特定应用的设计标准。第一模拟合成器电路182可特征在于不存在(或缺少)数模转换器电路。(第一模拟合成器电路182也可通过数字和模拟电路的组合实施。)
第二模拟合成器电路184可实施双曲线调频生成器电路。第二模拟合成器电路184通常操作以生成双曲线调频信号XHFM。双曲线调频信号XHFM的生成可独立于线性调频信号XLFM的生成。在多种实施例中，第二模拟合成器电路184可仅凭借模拟电路实施。(第二模拟合成器电路184也可通过数字和模拟电路的组合实施。)双曲线调频信号XHFM可使用第一模拟合成器电路182的修改版本生成。例如，可修改锁相环路电路以执行双曲线调频而不是线性调频。第二模拟合成器电路184可特征在于不存在(或缺少)数模转换器电路。正交波形族可通过两个信号的模拟组合创建。
第一频率电路200a-200m可实施频率加权电路。第一频率电路200a-200m通常操作以通过编码族参数γ的不同值加权(或调整)线性调频信号XLFM的频率(或相位)。所得信号可称为加权线性调频(WLFMa-WLFMm)信号。加权线性调频信号WLFMa-WLFMm可是如由编码族参数γ的对应值确定的、与线性调频信号XLFM成比例的频率(或相位)。
第一频率电路200a-200m可凭借编码族参数γ的不同值实施。在多种实施例中，第一频率电路200a可实施零(0)的编码族参数值。第一频率电路200m可实施一(1)的编码族参数值。第一频率电路200b-200l可实施在零和一之间的独特编码族参数值。加权线性调频信号WLFMa-WLFMm可是如由编码族参数γ的值(例如，γa至γm)确定的、与线性调频信号XLFM的频率成比例的(或乘以线性调频信号XLFM的频率)频率。
第二频率电路202a-202m可实施频率加权电路。第二频率电路202a-202m通常操作以通过在一和编码族参数γ的值之间的差加权(或调整)双曲线调频信号XHFM的频率(或相位)。所得信号可称为加权双曲线调频信号(WHFMa-WHFMm)。加权双曲线调频信号WHFMa-WHFMm可是如由通过一减编码族参数γ的不同值确定的、与双曲线调频信号XHFM的频率成比例的。
第二频率电路202a-202m可凭借编码族参数γ的不同值实施。在多种实施例中，第二频率电路202a可实施零(0)的编码族参数值。第二频率电路202m可实施一(1)的编码族参数值。第二频率电路202b-202l可实施在零和一之间的独特编码族参数值。加权双曲线调频信号WHFMa-WHFMm可是如由在一和编码族参数γ的值之间的差(例如，1-γa至1-γm)确定的、与双曲线调频信号XHFM成比例的(或乘以双曲线调频信号XHFM)。
模拟混合器电路204a-204m可实施高频混合器。模拟混合器电路204a-204m通常操作以将接收自第一频率电路200a-200m的加权线性调频信号WLFMa-WLFMm与接收自第二频率电路202a-202m的加权双曲线调频信号WHFMa-WHFMm混合。模拟混合器电路204a-204m可生成内部发射信号ITa-ITm。
低通滤波器电路206a-206m可实施低频通电路。低通滤波器电路206a-206m通常操作以抑制或消除由在模拟混合器电路204a-204m中操作引起的高频调制。低通滤波器电路206a-206m可将所得码字(例如，滤波内部发射信号ITa-Tm)传递到混频器电路210a-210m。
本地振荡器电路208a-208m可实施射频振荡器电路。本地振荡器电路208a-208m通常操作以生成本地振荡器信号。可将本地振荡器信号呈现到混频器电路210a-210m。在多种实施例中，本地振荡器信号可独立于其他本地振荡器信号生成。在一些实施例中，本地振荡器信号可共享公共载波频率。在其他实施例中，本地振荡器信号可是一个或几个本地振荡器信号的拷贝。在又其他实施例中，本地振荡器信号可具有不同的载波频率。
混频器电路210a-210m可实施高频混合器。混频器电路210a-210m通常操作以生成射频信号，这是通过将滤波内部发射信号ITa-ITm混合以本地振荡器信号(或乘以本地振荡器信号)，以将滤波内部发射信号频率上变频到适合于雷达应用的频带中。在多种实施例中，混频器电路210a-210m还可将射频信号放大到用于雷达应用的规定功率范围。
发射天线212a-212m可实施射频发射天线。发射天线212a-212m可操作以将射频信号作为发射信号Txa-Txm广播。发射天线212a-212m可空间上彼此分开，使得物体94从不同角度和/或在不同时间接收发射信号Txa-Txm。发射天线212a-212m可形成多输入多输出天线的发射部分。
发射电路102a-102m可提供双曲线正交信号族编码/解码的低复杂度实施方式。可在第一频率电路200a-200m和第二频率电路202a-202m中经由线性调频信号XLFM和双曲线调频信号XHFM的频率(或相位)阿尔法滤波执行编码。所得内部信号ITa-ITm的频率(f(t))可作为时间t的函数通过如下公式4表示：
f(t)＝γfLFM(t)+(1-γ)fHFM(t),0≤γ≤1 (4)
其中，fLFM(t)可是线性调频信号XLFM的频率，并且fHFM(t)可是双曲线调频信号XHFM的频率。
所得内部信号ITa-ITm的相位可作为时间t的函数通过如下公式5表示：
其中，可是线性调频信号XLFM的相位，并且/>可是双曲线调频信号XHFM的相位。
调频信号XLFM和XHFM可穿过M个发射电路102a-102m。在第x个发射电路102x中，线性调频信号XLFM可在第一频率电路200x中以编码族参数γx的对应值加权，并且双曲线调频信号XHFM可在第二频率电路202x中以(1-γx)加权。加权信号可由模拟混合器电路204x混合，并穿过低通滤波器电路206x以衰减由混合引起的较高调制频率。所得码字可由混频器电路210x混合以期望的载波频率(例如，来自本地振荡器电路208x的本地振荡器信号)，并由发射天线212x发射。
参考图4，根据示例性实施例示出了多输入多输出雷达100的接收部分的示意图。接收部分可代表接收电路104a-104n。以示例的方式，接收电路104a通常包括接收天线220a、接收器前端电路222a、和多个接收链路232a-232m。接收器前端电路222a通常包括本地振荡器电路224、混频器电路226、低通滤波器电路228和模数转换器电路230。接收链路232a-232m通常包括数字匹配滤波器电路234a-234m、多普勒快速傅立叶变换(FFT)电路236a-236m、波束形成电路238a-238m和后处理电路240a-240m。
接收电路104b-104n可具有与接收电路104a类似的实施方式。在N个接收电路104a-104n中的接收天线220a(例如，接收天线220a-220n)可实施多输入多输出天线(例如，发射天线212a-212m和接收天线220a-220n)的接收部分。在N个接收电路104a-104n中的M个接收链路232a-232m可生成至少N×M个数据信号D(例如，为了简洁性示出来自接收电路104a的数据信号Da-Dm)并将其呈现到雷达处理单元106。
接收信号Rxa可由接收天线220a接收。内部接收信号(IRa)可由接收器前端电路222a生成并呈现到接收链路232a-232m。后处理电路240a-240m可生成数据信号Da-Dm并将其呈现到雷达处理单元106。
接收天线220a可实施射频接收天线。接收天线220a可操作以将接收信号Rxa转换成电信号。接收天线220a-220n可空间上彼此分开，使得在不同角度和/或不同的时间接收来自物体94的接收信号Rxa-Rxn。
本地振荡器电路224可实施射频振荡器电路。本地振荡器电路224通常操作以生成本地振荡器信号。可将本地振荡器信号呈现到混频器电路226。在多种实施例中，本地振荡器信号可在接收器前端电路222a-222n中独立于其他本地振荡器信号生成。在多种实施例中，本地振荡器信号可共享公共频率。在其他实施例中，本地振荡器信号可是一个或几个本地振荡器信号的拷贝。在又其他实施例中，本地振荡器信号可具有不同的频率。
混频器电路226可实施高频混合器。混频器电路226通常操作以生成中间频率信号，这是通过将接收信号Rxa混合以本地振荡器信号(或乘以本地振荡器信号)，以将接收信号频率下变频到适合于数字处理的中间频带中。
低通滤波器电路228可实施抗混叠低频通电路。低通滤波器电路228通常操作以抑制或消除由在混频器电路226中操作引起的高频调制。低通滤波器电路228可将所得中间频率信号传递到模数转换器电路230。
模数转换器电路230可实施高速转换器电路。模数转换器电路230通常可操作以将接收自低通滤波器电路228的中间信号从模拟域转换到数字域。到数字域的转换可是多位(例如，4位到10位)数字化。所得内部接收信号IRa可与数字匹配滤波器电路234a-234m平行呈现。
数字匹配滤波器电路234a-234m可实施标准匹配滤波器电路。数字匹配滤波器电路234a-234m通常操作以基于编码族参数γ识别并传递或阻止在数字内部接收信号IRa中的码字。数字匹配滤波器电路234a-234m可实施编码族参数γ中独特的一个。通常，在数字匹配滤波器234a-234m中实施的独特编码族参数γ可与在第一功率电路200a-200m中实施的独特编码族参数γ相同。可将与独特编码族参数γ匹配的码字传递到多普勒快速傅立叶变换电路236a-236m。可将与独特编码族参数γ不匹配的码字丢弃(或阻止)。因此，M个接收链路232a-232m可每个选择并处理由发射电路102a-102m生成的M个码字中的相应一个。
多普勒快速傅立叶变换电路238a-238m可实施标准变换电路。多普勒快速傅立叶变换电路238a-238m通常操作以将码字从时域变换到频域。所得变换信息可呈现到波束形成电路238a-238m。
波束形成电路238a-238m可实施标准波束形成电路。波束形成电路238a-238m通常操作以确定由变换信息传达的幅度和相位。幅度信息和相位信息可呈现到后处理电路240a-240m。
后处理电路240a-240m可实施标准处理电路。后处理电路240a-240m通常操作以响应于接收自波束形成电路238a-238m的幅度信息和相位信息生成数据信号Da-Dm。
接收天线220a-220n和对应的接收器前端电路222a-222n可联接到N×M个接收链路232a-232m，每接收电路每码字一个接收链路。在下变频、抗混叠低通滤波和在接收器前端电路222a-222n中的取样后，数字内部信号IRa-IRn可由与接收电路104a-104n相关联的接收链路232a-232m处理。接收链路232a-232m可分别包含数字匹配滤波器电路234a-234m、多普勒快速傅立叶变换电路236a-236m、波束形成电路238a-238m和后处理电路240a-240m。
为不同的码字为编码族参数γ选择若干不同的参数值通常允许创建编码族。在多种实施例中，可使用迭代方法。选择标准可基于码字的自相关峰值和平均互相关峰值。
编码族的创建可开始于在值的空集(或组)中添加初始编码族参数值(例如，γ＝1)。码字环可找到可能的候选，其中与所找到的码字的互相关峰值在预定阈值以下。如果找到一个或多个码字，则可将最接近在编码族参数值的集合中的码字值的候选码字添加到集合。在找到多个候选码字的情况下，可通过如下公式6确定最接近的编码族参数值(γm)：
如果未找到候选码字，则可提高阈值。可重复环，直到找到规定数量的族参数值。
参考图5，根据示例性实施例示出了用于为正交码字选择编码族参数值的方法260的流程图。方法(或过程)260可实施为在标准计算机上执行的软件。方法260通常包括步骤(或状态)262、步骤(或状态)264、步骤(或状态)266、步骤(或状态)268、步骤(或状态)270、步骤(或状态)272、和步骤(或状态)274。步骤262到274的顺序示出为代表性示例。可实施其他步骤次序以满足特定应用的标准。
在步骤262中，可凭借初始项发起组。例如，可将第一码字设置为具有规定范围(例如，0≤γ≤1)的值(例如，γ＝0.5)。在步骤264中可执行搜索以找到满足与在组中已经选择的码字的互相关阈值的码字。特别地，搜索可寻找其与已经选择的码字的最大互相关满足互相关阈值的码字(γall)。满足互相关阈值可通过如下公式7定义：
在步骤266处可执行检查以确定是否存在满足互相关阈值的额外码字。如果不存在满足互相关阈值的额外码字，则在步骤268中可使互相关阈值增加因数ε。方法260可随后返回到步骤264并搜索额外项。
在已经找到至少一个额外码字后，在步骤270中可选择其γ的值最接近已选择的码字的码字并将其添加到组。最接近码字(γl)可通过如下公式8确定：
通常在步骤272中执行检查以确定组大小是否已达到。如果在组中的码字的数量小于大小阈值，方法260可返回到步骤264并搜索额外项。一旦在组中的码字的数量达到或超过大小阈值，方法260可在步骤274中停止。
在多种实施例中，双曲线正交信号族可以低硬件复杂度和低计算复杂度实现用于CDMA-MIMO雷达的正交波形。双曲线正交信号族的使用通常实现提高的检测范围、最大不模糊多普勒和/或波达方向(DOA)精确度。可实现正交波形的生成而不使用数模转换器。
尽管已经详细描述了用于实施本公开的最佳模式，但是熟悉与本公开相关联的领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围之内的、用于实施本公开的多种替代设计和实施例。

Claims (20)

1.一种双曲线波形多输入多输出雷达，包括：
生成器电路，所述生成器电路可操作以生成线性调频信号和双曲线调频信号；
多个发射电路，所述多个发射电路联接到所述生成器电路，并且可操作以通过响应于多个编码族参数，将所述线性调频信号和所述双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中，所述多个发射信号定义正交波形族；
多输入多输出天线，所述多输入多输出天线联接到所述多个发射电路，并且可操作以朝向物体发射所述多个发射信号并接收来自所述物体的多个接收信号；以及
多个接收电路，所述多个接收电路联接到所述多输入多输出天线，并且可操作以响应于所述多个接收信号确定多个数据信号，其中，所述多个数据信号适合于确定在所述多输入多输出天线和所述物体之间的距离。
2.根据权利要求1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述正交波形族定义多个码分多址码字。
3.根据权利要求1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述生成器电路和所述多个发射电路特征在于不存在数模转换器。
4.根据权利要求1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，还包括雷达处理单元，所述雷达处理单元联接到所述多个接收电路，并且可操作以确定在所述多输入多输出天线和所述物体之间的所述距离。
5.根据权利要求1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多个发射电路中的每个包括第一频率电路，所述第一频率电路配置为通过以所述多个编码族参数中的第一编码族参数对所述线性调频信号进行频率加权或相位加权以生成加权线性调频信号，并且所述第一编码族参数具有的值为一或小于一。
6.根据权利要求5所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多个发射电路中的每个包括第二频率电路，所述第二频率电路配置为通过以在一和所述第一编码族参数的所述值之间的差对所述双曲线调频信号进行频率加权或相位加权以生成加权双曲线调频信号。
7.根据权利要求6所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多个发射电路中的每个还包括模拟混合器电路，所述模拟混合器电路配置为通过将所述加权线性调频信号和所述加权双曲线调频信号混合以生成内部发射信号。
8.根据权利要求7所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多个发射电路中的每个还包括混频器电路，所述混频器电路配置为通过将所述内部发射信号乘以本地振荡器信号以生成所述多个发射信号中的一个。
9.根据权利要求1所述的双曲线波形多输入多输出雷达，其中，所述多输入多输出天线安装在车辆上。
10.一种用于凭借双曲线波形多输入多输出雷达进行范围确定的方法，包括：
生成线性调频信号；
生成双曲线调频信号；
通过使用多个模拟电路响应于多个编码族参数将所述线性调频信号和所述双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中，所述多个发射信号形成正交波形族；
使用多输入多输出天线朝向物体发射所述多个发射信号；
接收来自所述物体的多个接收信号；
响应于所述多个接收信号生成多个数据信号；并且
响应于所述数据信号计算在所述多输入多输出天线和所述物体之间的距离。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述正交波形族定义多个码分多址码字。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述线性调频信号的所述生成、所述双曲线调频信号的所述生成、以及所述多个发射信号的所述生成特征在于不存在数模转换。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多个发射信号的所述生成包括，通过响应于所述多个编码族参数对所述线性调频信号进行频率加权或相位加权以生成多个加权线性调频信号；并且所述多个编码族参数具有的值为一或小于一。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个发射信号的所述生成包括，通过以在一和所述多个编码族参数的所述多个值之间的多个差对所述双曲线调频信号频率加权或相位加权以生成多个加权双曲线调频信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个发射信号的所述生成包括，通过将所述多个加权线性调频信号和所述多个加权双曲线调频信号混合以生成多个内部发射信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多个发射信号的所述生成包括，将所述多个内部发射信号乘以本地振荡器信号。
17.一种车辆，包括：
生成器电路，所述生成器电路安装到所述车辆，并且可操作以生成线性调频信号和双曲线调频信号；
多个发射电路，所述多个发射电路安装到所述车辆，并且可操作以通过响应于多个编码族参数，将所述线性调频信号和所述双曲线调频信号模拟混合以生成多个发射信号，其中，所述多个发射信号定义正交波形族；
多输入多输出天线，所述多输入多输出天线安装到所述车辆，并且可操作以朝向物体发射所述多个发射信号并接收来自所述物体的多个接收信号；以及
多个接收电路，所述多个接收电路安装到所述车辆，并且可操作以响应于所述多个接收信号生成多个数据信号，其中，所述多个数据信号适合于确定在所述车辆和所述物体之间的距离。
18.根据权利要求17所述的车辆，其中，所述正交波形族定义多个码分多址码字。
19.根据权利要求17所述的车辆，其中，所述生成器电路和所述多个发射电路特征在于不存在数模转换器。
20.根据权利要求17所述的车辆，还包括雷达处理单元，所述雷达处理单元联接到所述多个接收电路，并且可操作以确定在所述车辆和所述物体之间的所述距离。
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