CN112639519A - 雷达系统中的两阶段信号处理的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于FMCW雷达系统中的新颖且有用的两阶段雷达返回数据处理机制将常规帧划分为两个部分。两个不同的帧被发送，而不是一个。所述帧被一个接一个地连续发送。首先发送完全实时处理的低分辨率“粗糙”帧。基于粗糙帧的处理的结果，在表示接收到的数据的子集的场景中的多个感兴趣目标(TOI)被确定。然后，在先前粗糙帧中获得的信息来发送和处理较长的高分辨率“精细”帧。使用在先前粗糙帧中获得的TOI信息，仅处理接收到的数据的子集。未处理部分被假设为包含不感兴趣的信息并且被丢弃或忽略，从而显著减少处理时间。

Description

雷达系统中的两阶段信号处理的装置和方法
技术领域
本文公开的主题涉及成像雷达、声纳、超声波和其他传感器的领域，以经由FMCW信号执行距离测量和/或经由数字波束形成和阵列处理执行角度测量，更具体地涉及一种FMCW雷达系统中的两阶段信号处理的系统和方法。
背景技术
近来，雷达在汽车行业中的应用已经开始出现。高端汽车已经具有雷达，该雷达为驾驶员提供停车辅助和车道偏离警告。当前，对自驾驶(self-driving)汽车的兴趣与日俱增，并且有人认为它是未来几年汽车行业的主要驱动力。
自驾驶汽车为雷达技术在汽车中的应用提供了新的视角。汽车雷达不仅辅助驾驶员，还应该能够在车辆控制中发挥积极作用。因此它们很可能成为汽车的自主控制系统的关键传感器。
雷达比其他替代品(诸如声纳或LIDAR)更受青睐，因为它受天气条件的影响较小，并且可以被制造得非常小，以减少所部署的传感器对车辆空气动力学和外观的影响。调频连续波(FMCW)雷达是一种与其他雷达相比提供更多优点的雷达。它确保所环绕物体的范围和速度信息可以被同时检测。该信息对于自驾驶车辆的控制系统提供安全且无碰撞的操作非常重要。
安装在汽车中的雷达系统应该能够实时提供控制系统所需的信息。一种能够提供足够的计算能力以满足实时系统要求的基带处理系统是需要的。处理系统对接收到的信号执行数字信号处理，以提取有用信息，诸如所环绕物体的范围和速度。
当前，车辆(尤其是汽车)越来越多地被配备有被设计为在关键情况下辅助驾驶员的技术。除了相机和超声波传感器之外，随着关联技术的成本降低，汽车制造商转向雷达。雷达的吸引力在于，它在任何天气条件下提供多个物体的速度和距离的快速且清晰的测量。相关的雷达信号是经过频率调制的，并且可以利用频谱分析器来分析。通过这种方式，雷达组件的开发人员可以自动地检测、测量和显示时域和频域中的信号，甚至高达500GHz的频率。
现在，在自主车辆领域中使用雷达也引起了极大的兴趣，这种雷达有望在未来变得越来越普遍。毫米波汽车雷达适用于防止汽车碰撞以及自主驾驶。与超声波雷达和激光雷达相比，毫米波频率(从77到81GHz)不易受到雨、雾、雪和其他天气因素、灰尘和噪声的干扰。这些汽车雷达系统通常包括高频雷达发送器，该高频雷达发送器沿着已知方向发送雷达信号。发送器可以以连续或脉冲模式发送雷达信号。这些系统还包括连接至适当天线系统的接收器，该接收器接收来自所发送的雷达信号的回波或反射。每个这种反射或回波表示被所发送的雷达信号撞击的物体。
先进的驾驶员辅助系统(ADAS)是为自动化/适应/增强车辆系统而开发的系统，以实现安全和更好的驾驶。安全特征被设计为通过提供警示驾驶员潜在问题的技术来避免发生碰撞和意外，或者通过实施保护措施并接管车辆的控制来避免碰撞。自适应特征可以使照明自动化，提供自适应巡航控制，使制动自动化，合并GPS/交通警告，连接至智能手机，警示驾驶员其他汽车或危险，保持驾驶员在正确的车道中或显示盲区。
有许多形式的ADAS可用：一些特征内置在汽车中或作为附加封装可用。此外，存在可用的售后解决方案。ADAS依赖于来自多个数据源的输入，包括汽车成像、LIDAR、雷达、图像处理、计算机视觉和车载联网。来自与主要车辆平台分离的其他来源(诸如其他车辆，称为车辆对车辆(V2V)或车辆对基础设施系统(例如移动电话或Wi-Fi数据网络))的附加输入是可能的。
先进的驾驶员辅助系统当前是汽车电子设备中增长最快的部分之一，随着车辆安全系统ISO 26262中的行业质量标准的采用率稳定提高，开发了特定于技术的标准，诸如用于图像传感器质量的IEEE 2020和诸如车辆信息API的通信协议。
从规范到设计、实施、集成、验证、生效和生产发布，功能安全特征形成每个汽车产品开发阶段不可或缺的一部分。ISO 26262标准是对汽车电气/电子系统的功能安全标准IEC 61508的改编。ISO 26262定义了适用于所有与汽车电子和电气安全相关的系统的整个生命周期的汽车设备的功能安全。初版解决了由电子和电气系统的故障行为引起的可能危害。该标准涉及电气和电子系统以及整个系统或其机械子系统的功能安全。要注意的是，该标准是基于风险的安全标准，其中对危险操作情况的风险进行了定性评估，并定义了安全措施，以避免或控制系统故障，并检测或控制随机硬件故障或减轻其影响。
ISO 26262目标中的几个目标包括(1)提供汽车安全生命周期，即，管理、开发、生产、操作、服务和停运；(2)覆盖整个开发过程的功能安全方面，即，要求规范、设计、实施、集成、验证、生效和配置；(3)提供一种基于汽车特定风险的方法来确定称为汽车安全完整性级别(ASIL)的风险类别；(4)使用ASIL来指定物品达到可接受的残留风险所必需的安全要求；以及(5)提供生效和确认措施的要求，以确保达到足够和可接受的安全级别。
因此，对自主车辆的安全要求要求安全关键设备将能够检测设备操作中的故障，并在检测到故障的情况下使车辆停止。
近年来，许多行业正在移动到自主解决方案，诸如汽车行业、递送等。这些自主平台在环境中操作，同时与静止物体和移动物体两者交互。为此，这些系统需要传感器套件，该传感器套件允许它们以可靠且有效的方式感测周围的环境。例如，为了使自主车辆规划有其他车辆的道路上的路线，轨迹规划器必须具有环境的3D地图，其具有移动物体的指示。
恶劣的天气和较差的能见度(例如雾、烟尘、沙、雨或暴风雪等)也会使视觉传感器性能下降。它们在估计径向速度方面也受到限制。光检测和测距设备(LIDAR)用于通过用激光照射该目标来测量到目标的距离。然而，这些很昂贵，因为大多数具有移动部件并且范围非常受限。因此，汽车雷达被视为一种增强而非替代技术。
在汽车领域中，雷达传感器是舒适和安全功能的关键组件，例如自适应巡航控制(ACC)或碰撞缓解系统(CMS)。随着同时彼此接近操作的汽车雷达传感器数目越来越多，雷达传感器可能会从其他雷达传感器接收信号。外来信号的接收(干扰)可能会导致出现诸如幻影目标或信噪比降低等问题。
现有技术的数字波束成形FMCW雷达的特性在于在径向、角度和多普勒维度上的非常高的分辨率。成像雷达基于众所周知的相控阵技术，该技术使用均匀线性分布阵列(ULA)。众所周知，线性阵列架构的远场波束图案是使用傅里叶变换获得的。还众所周知的是，可以通过对通过将所发送信号与所接收信号的共轭相乘而生成的去斜信号(de-rampedsignal)执行傅里叶变换来获得距离测量。雷达范围分辨率由雷达的RF带宽确定，并且等于光速‘c’除以RF带宽的两倍。
多普勒处理是通过在整个时间维度上执行傅里叶变换来执行的，并且其分辨率受到相干处理间隔(CPI)的限制，即，用于多普勒处理的总传输时间。
减少阵列中的天线元件数目的众所周知的方式是通过使用称为‘虚拟阵列’的MIMO技术，其中正交波形是从不同的天线(通常同时)发送的，并借助于数字处理生成更大的有效阵列。该虚拟阵列的形状是发送天线和接收天线的卷积。
还已知的是，借助于带通采样，可以以较低的A/D频率对去斜信号进行采样，同时以与所设计的带通滤波器匹配的范围来保留目标的范围信息。
在包含虚拟阵列MIMO天线的雷达系统中，取决于物理阵列中的接收元件的数目，必须被处理的接收元件所生成的数据量可能会令人吃惊。取决于期望的帧速率，常规处理技术不足以处理数据量。因此，需要一种能够处理由MIMO虚拟天线阵列中的接收元件生成的大量数据的系统。
发明内容
本发明是一种用于FMCW雷达系统的两阶段雷达返回数据处理的系统和方法，该FMCW雷达系统用于将常规帧划分为两个部分。两个不同的帧被发送，而不是一个。帧是一个接一个地连续发送的。被完全实时处理的低分辨率“粗糙”帧是首先发送的。基于粗糙帧的处理结果，在表示接收到的数据的子集的场景中的多个感兴趣目标(TOI)被确定。然后，使用在先前粗糙帧中获得的信息来发送和处理较长的高分辨率“精细”帧。使用在先前粗糙帧中获得的TOI信息，仅接收到的数据的子集被处理。未处理部分被假设为包含不感兴趣的信息并且被丢弃或忽略。
本发明适用于成像雷达、声纳、超声波和其他传感器领域中的系统，该系统用于经由FMCW信号执行距离测量和/或经由数字波束形成和阵列处理来执行角度测量，或者适用于发送帧的分辨率以及接收数据处理的分辨率可调整的任何处理系统。
因此，根据本发明，提供了一种在雷达系统中处理接收到的数据的方法，该方法包括：在两个阶段中执行所述数据处理，包括低分辨率第一阶段和高分辨率第二阶段；从在所述第一阶段期间发送的低分辨率粗糙帧接收粗糙数据，并处理以低分辨率接收的粗糙数据；从所述处理的粗糙帧确定多个感兴趣目标(TOI)；以及从在所述第二阶段期间发送的高分辨率精细帧接收精细数据，并且仅针对所述多个TOI以高分辨率处理所述精细数据，从而大幅减少生成雷达输出图像数据的处理时间。
根据本发明，还提供了一种在雷达系统中处理接收到的数据的雷达处理单元(RPU)，包括：数据处理电路，其可操作以在两个阶段中执行所述数据处理，包括低分辨率第一阶段和高分辨率第二阶段；从在所述第一阶段期间发送的低分辨率粗糙帧接收粗糙数据，并处理在其中以低分辨率接收的粗糙数据；从所述处理的粗糙帧确定多个感兴趣目标(TOI)；以及从在所述第二阶段期间发送的高分辨率精细帧接收精细数据，并且仅针对所述多个TOI以高分辨率处理所述精细数据，从而大幅减少生成雷达输出图像数据的处理时间。
因此，根据本发明，还提供了一种汽车雷达传感器，包括：耦合至相应发送天线的多个发送器电路，每个发送器电路可操作以生成发送信号并将发送信号耦合至所述发送天线；耦合至相应接收天线的多个接收器电路，每个接收器电路可操作以接收反射的雷达返回信号；数字雷达处理器(DRP)，其可操作以控制所述多个发送器电路和所述多个接收器电路并通过接收到的雷达返回信号生成雷达图像，所述DRP包括雷达处理单元(RPU)，其可操作以在包括低分辨率第一阶段和高分辨率第二阶段的两个阶段中执行接收到的雷达返回信号的处理，在所述第一阶段期间发送低分辨率粗糙帧并处理在其中以低分辨率接收的数据，从所述处理的粗糙帧确定多个感兴趣目标(TOI)，并且在所述第二阶段期间发送高分辨率精细帧并仅以高分辨率处理所述多个TOI，从而大幅减少生成雷达输出图像数据的处理时间。
附图说明
在以下示例性实施例中参照附图更详细地解释本发明，其中相同或类似的元件可以部分地由相同或类似的附图标记指示，并且各种示例性实施例的特征是可组合的。在本文中仅通过示例参照附图描述本发明，其中：
图1是图示了FMCW信号的时频绘图的图；
图2是图示了示例FMCW雷达系统的框图；
图3是图示了本发明的示例数字雷达处理器(DRP)IC的框图；
图4是图示了包含多个接收器和发送器的示例雷达系统的高级框图；
图5是图示了示例MIMO天线阵列的图；
图6是图示了由图6的天线阵列得到的虚拟阵列的图；
图7是图示了由汽车雷达系统看到的示例场景的高级框图；
图8是图示了在由本发明的DRP处理之后的图7的场景的图；
图9是图示了范围与速度处理的绘图中的示例目标的图；
图10是图示了处理的雷达数据的范围和速度筐的示例分辨率的图；
图11是图示了用于覆盖目标和未覆盖目标的范围和速度筐的雷达数据处理的图；
图12是图示了包含低分辨率范围和速度筐的示例粗糙帧的图；
图13是图示了包含高分辨率范围和速度筐的示例精细帧的图；
图14是图示了用于覆盖目标和未覆盖目标的范围和速度筐的粗糙帧雷达数据处理的图；
图15是图示了用于覆盖目标的、未覆盖目标的以及完全未处理的范围和速度筐的精细帧雷达数据处理的图；
图16是图示了本发明的示例两阶段雷达数据处理方法的流程图；
图17是图示了根据本发明的示例两阶段数据处理信号链的框图；
图18是图示了第一示例组合粗糙帧和精细帧信号处理的框图；
图19是图示了第二示例组合粗糙帧和精细帧信号处理的框图；
图20是图示了第三示例组合粗糙帧和精细帧信号处理的框图；
图21是图示了用于粗糙帧和精细帧的范围处理和速度(多普勒)/方位角/仰角(DAE)处理的第一示例时间线的图；以及
图22是图示了用于粗糙帧和精细帧的范围处理和速度(多普勒)/方位角/仰角(DAE)处理的第二示例时间线的图。
具体实施方式
在以下详细描述中，陈述了许多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的方法、过程和组件，以免混淆本发明。
在已经公开的那些益处和改进中，通过结合附图进行的以下描述，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。本文公开了本发明的详细实施例；然而，要理解的是，所公开的实施例仅是可以以各种形式实施的本发明的说明。另外，结合本发明的各种实施例给出的每个示例旨在是说明性的，而不是限制性的。
在说明书的结论部分中特别指出并明显要求保护被视为本发明的主题。然而，当与附图一起阅读时，通过参照以下详细描述，关于组织和操作方法以及其目的、特征和优点可以最好地理解本发明。
附图构成了本说明书的一部分，并且包括本发明的说明性实施例，并且图示了本发明的各种目的和特征。进一步地，附图不一定按比例绘制，可以夸大一些特征以示出特定组件的细节。另外，附图中所示的任何测量、规范等均旨在是说明性的而非限制性的。因此，本文公开的特定结构细节和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。进一步地，在认为适当的情况下，在附图中重复附图标记以指示对应或类似的元件。
因为本发明的所图示实施例多半可以使用本领域技术人员已知的电子组件和电路来实施，所以为了理解和了解本发明的基础概念并且为了不混淆或分散本发明的教导，将不以超出认为必要的程度来解释细节。
说明书中对方法的任何引用均应该适当变通地应用于能够执行该方法的系统。说明书中对系统的任何引用均应该适当变通地应用于可以由该系统执行的方法。
在整个说明书和权利要求中，除非上下文另外清晰规定，否则以下术语具有本文明确关联的含义。尽管可以，但是本文使用的短语“在一个实施例中”、“在示例实施例中”和“在一些实施例中”不一定指相同的实施例。此外，尽管可以，但是本文使用的短语“在另一实施例中”、“在替代实施例中”和“在一些其他实施例中”不一定指不同的实施例。因此，如下所述，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以容易地组合本发明的各种实施例。
另外，如本文所使用的，除非上下文另外清晰规定，否则术语“或”是包括性的“或”运算符，并且等同于术语“和/或”。术语“基于”不是排他性的，并且允许基于未描述的附加因素，除非上下文另外清晰规定。另外，在整个说明书中，“一”、“一个”和“该”的含义包括复数引用。“在...中”的含义包括“在...中”和“在...上”。
前述描述本质上仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实施。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和以下权利要求时，其他修改将变得显而易见。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记来标识类似的元件。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应该被解释为表示使用非排他性逻辑或的逻辑(A或B或C)。应该理解，在不更改本公开的原理的情况下，可以以不同的顺序(或并发地)执行方法内的一个或多个步骤。
如本文所使用的，术语模块可以指代，成为其一部分或者包括专用集成电路(ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享的、专用的或者群组)；提供所描述的功能性的其他合适的硬件组件；或者上述中的一些或者所有的组合(诸如在片上系统中)。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器(共享的、专用的或者群组)。
如上面使用的，术语代码可以包括软件、固件和/或微码，并且可以指程序、例程、功能、类别和/或对象。如上面使用的，术语共享的意味着可以使用单个(共享)处理器来执行来自多个模块的一些或者所有代码。另外，来自多个模块的一些或者所有代码可以由单个(共享)存储器存储。如上面使用的，术语群组意味着可以使用一组处理器来执行来自单个模块的一些或者所有代码。另外，可以使用一组存储器来存储来自单个模块的一些或者所有代码。
本文描述的装置和方法可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储在非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括所存储的数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制示例是非易失性存储器、磁性存储和光学存储。
尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、组件、环路、电路和/或模块，但是这些元件、组件、环路、电路和/或模块不应受到这些术语的限制。这些术语可能仅仅用于将一个元件、组件、环路、电路或模块与另一元件、组件、环路、电路或模块区分开。除非上下文清晰指示，否则术语(诸如“第一”、“第二”和其他数字术语)在本文中使用时不意味着序列或者顺序。因此，在不脱离本文公开的示例实施的教导的情况下，可以将下面讨论的第一元件、组件、环路、电路或者模块称为第二元件、组件、环路、电路或者模块。
在图1中示出了图示调频连续波(FMCW)信号的时频绘图的图。在调频连续波(FMCW)雷达中，发送信号是通过对连续波信号进行调频生成的。在雷达操作的一次扫描中，发送信号的频率随时间线性变化。这种信号也称为啁啾信号(chirp signal)。发送信号12(实线)在一个啁啾持续时间内扫过Δf的频率。由于传播延迟，从目标反射的接收信号14(虚线)与发送信号相比具有称为拍频的频率差。目标范围与拍频成正比。因此，通过测量拍频，可以获得目标范围。由于其计算复杂度低，这可以使用众所周知的快速傅里叶变换(FFT)技术来完成。
在图2中示出了图示示例FMCW雷达系统的框图。通常用300引用的雷达系统包括发送和接收电路。发送电路包括信号生成器302、压控振荡器(VCO)304和发送天线306。接收电路包括用于接收来自目标308的反射的接收天线310、混频器312、带通滤波器(BPF)314、模数转换器(ADC)316和数字处理块318。在操作中，发送器使用信号生成器和VCO来生成FMCW信号(即，啁啾)。信号经由发送天线发送，并被目标反射回去。接收到的信号与VCO输出进行混合以生成拍频，对其进行滤波并转换为数字的以便后续处理。
在图3中示出了图示本发明的示例数字雷达处理器IC的框图。通常用390引用的雷达处理器IC包括几个芯片服务功能392(包括温度传感器电路396、看门狗定时器398、上电复位(POR)电路400等)、包括功率域电路402的PLL系统394、包括并行FFT引擎406的雷达处理单元(RPU)404、数据分析器电路408、直接存储器访问(DMA)电路410和两阶段处理/控制电路411、包括TX/RX控制块414的CPU块412、安全核心块418以及L1和L2缓存存储器电路424、存储器系统426和接口(I/F)电路428。
TX/RX控制电路414包含建立时间控制块(settling time control block)416，以消除频率源建立时间。安全核心块418包括系统看门狗定时器电路系统420以及适用于对雷达系统中的RF元件执行连续测试的RFBIST电路。I/F电路包括用于雷达输出数据430、TX控制432、RX控制434、外部存储器436和RF时钟438的接口。
要注意的是，取决于特定实施，数字雷达处理器电路390可以在单片硅上或跨多个集成电路来实施。类似地，取决于特定实施，发送器和接收器电路可以在单个IC上或跨多个IC实施。
在一个实施例中，DRP 390用于基于汽车雷达FMCW MIMO的系统。这种系统需要多个发送器和接收器信道来实现期望的范围、方位角、仰角和速度。信道数目越高，分辨率性能越好。取决于实施，可以将多个发送信道合并在单个芯片中，并且可以将多个接收信道合并在单个芯片中。该系统可以包括多个TX和RX芯片。每个TX和RX芯片均可作为适用于实现最大系统性能的较大的系统的一部分进行操作。在一个实施例中，该系统还包括至少一个控制信道。控制信道可操作以配置TX和RX设备两者。
在图4中示出了图示示例雷达系统的高级框图，该示例雷达系统包含了多个接收器和发送器。通常用280引用的雷达系统包括用于尤其是对雷达数据执行信号处理功能的数字雷达处理器(DRP)/信号处理块、分别耦合至发送天线288的多个N个发送器设备TX1至TXN284、分别耦合至接收天线290的多个M个接收器设备RX1至RXN286。注意，在一个实施例中，发送天线和接收天线是MIMO天线阵列的一部分。在一个实施例中，RX线294将接收器设备连接至DRP，并且由DRP生成分别到发送器设备284和接收器设备286中的每个的控制信号296。发送器设备可操作以直接或经由上转换生成并发送啁啾信号。注意，N和M可以是大于1的任何正整数。
每个发送器电路284包括混频器、功率放大器和天线。每个接收块286包括天线、低噪声放大器(LNA)、混频器、中频(IF)块和模数转换器(ADC)。
信号处理块282以及DRP 390(图3)中的一个或多个电路可以包括能够处理、接收或发送数据或指令的任何合适的电子设备。例如，处理单元可以包括以下一个或多个：微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)或这种设备的组合。如本文所描述的，术语“符号处理器”或“处理器”旨在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或其他适当配置的一个或多个计算元件。
例如，处理器可以包括一个或多个通用CPU核心以及可选地一个或多个专用核心(例如DSP核心、浮点等)。一个或多个通用核心执行通用操作码，而专用核心执行特定于其目的的功能。
附接或嵌入式存储器包括动态随机存取存储器(DRAM)或扩展数据输出(EDO)存储器或者其他类型的存储器，诸如ROM、静态RAM、闪存和非易失性静态随机存取存储器(NVSRAM)、可移除存储器、磁泡存储器等或者上述任何一种的组合。存储器存储设备可以使用的电子数据。例如，存储器可以存储电气数据或内容，诸如例如雷达相关数据、音频和视频文件、文档和应用、设备设置和用户偏好、定时和控制信号或者各种模块、数据结构或数据库的数据等。可以将存储器配置为任何类型的存储器。
所发送和接收的信号被混合(即，相乘)以生成要由信号处理单元282处理的信号。相乘过程生成两个信号：一个信号的相位等于相乘信号之差，并且另一信号的相位等于相位之和。和信号(sum signal)被滤出，并且差异信号由信号处理单元处理。信号处理单元对接收到的数字信号执行所有所需的处理，并且还控制所发送的信号。信号处理块执行的若干功能包括确定范围、速度(即，多普勒)、方位角和仰角、两阶段雷达数据处理、建立时间减少、RFBIST操作、执行干扰检测、缓解和避免、执行同时定位和映射(SLAM)等。
在时分复用MIMO中，一次仅一个发送(TX)阵列元件正在发送。发送侧大大简化，并且每个接收(RX)信道不需要所匹配的滤波器组。在从阵列中的所有TX元件进行发送所花费的时间中，虚拟阵列被逐渐填入。
调频连续波(FMCW)雷达是使用调频的雷达。FMCW雷达的操作理论是发送频率不断增加的连续波。这种波被称为啁啾。
要注意，与其他类型的雷达相比，FMCW雷达提供了许多优点。这些包括(1)以高准确度测量小范围的能力；(2)同时测量目标范围及其相对速度的能力；(3)可以在相对低的频率范围内执行信号处理，大大简化了处理电路的实现；(4)在各种类型的天气和大气条件(诸如雨、雪、湿度、雾和多尘条件)下运作良好；(5)FMCW调制与固态发送器兼容，而且代表了这些设备可提供的输出功率的最佳利用；以及(6)由于没有高电路电压，所以重量轻且能耗低。
当在汽车应用中使用雷达信号时，期望在单个测量周期内同时确定多个物体的速度和距离。普通脉冲雷达无法轻松地处理这种任务，因为基于周期内发送和接收信号之间的时间偏移，只可以确定距离。如果还要确定速度(速率)，则使用调频信号，例如线性调频连续波(FMCW)信号。脉冲多普勒雷达还能够直接测量多普勒偏移。发送和接收信号之间的频率偏移也称为拍频。拍频具有多普勒频率分量fD和延迟分量fT。多普勒分量包含关于速度的信息，并且延迟分量包含关于范围的信息。对于距离和速度的两个未知数，需要两个拍频测量才能确定期望的参数。在第一信号之后，立即将具有线性修改频率的第二信号合并到测量中。
利用FM啁啾序列可以在单个测量周期内确定两个参数。由于单个啁啾与整个测量周期相比非常短，因此每个拍频都主要由延迟分量fT确定。通过这种方式，可以在每个啁啾之后直接确定范围。确定序列内的几个连续啁啾之间的相移允许使用傅里叶变换(即，快速傅里叶变换(FFT)或离散傅里叶变换(DFT))确定多普勒频率(也称为径向速度)，使得可以计算车辆的速度或速率。要注意，速度分辨率随着测量周期长度的增加而提高。
多输入多输出(MIMO)雷达是一种使用多个TX和RX天线发送并接收信号的雷达。在一个实施例中，雷达包括时分复用MIMO FMCW雷达。在替代实施例中，实施了全MIMO FMCW。全MIMO雷达同时从多个发送阵列元件发送几个可分离的信号。通常需要使用所匹配的滤波器组在每个接收信道处分离那些信号。完全的虚拟阵列立即被填入。
在图5中示出了图示示例MIMO天线阵列的图。通常用30引用的天线阵列包括多个发送元件(‘X’)32和多个接收元件(‘O’)34。在所示的示例中，物理天线阵列包括两列(每列中有四个发送元件)以及两行(每行中有八个接收元件)。
阵列中的每个发送天线32独立地发射与从另一天线发射的信号不同的波形信号。可替选地，信号可以是相同的，但是在非重叠时间发送。属于每个发送器天线的反射信号可以在接收器天线34中轻松地分离，因为(1)正交波形用于传输，或者(2)因为它们是在非重叠时间接收的。创建虚拟阵列，其包含从每个发送天线到每个接收天线的信息。因此，通过仅使用M+K个物理天线，提供M个发送天线和K个接收天线导致虚拟阵列中M·K个独立的发送和接收天线对。MIMO雷达系统的该特性导致了若干优点，诸如提高了空间分辨率，增加了天线孔径以及提高了对缓慢移动物体的检测灵敏度。
在图6中示出了图示由图5的天线阵列产生的虚拟阵列的图。在该示例中，在MIMO处理之后，四乘八物理天线阵列导致了一个虚拟阵列，该虚拟阵列是八个42发送元件乘十六个44接收元件。因此，原始物理阵列大小增加了四倍，以覆盖组合区域46、48、50和52，从而导致分辨率显著提高，而无需大量的物理元件。
如上述所声明的，从不同的TX天线发送的信号是正交的。可以通过使用时分复用(TDM)、频分复用或空间编码来获得所发送波形的正交性。在本文呈现的示例和描述中，使用了TDM，它每次仅允许单个发送器进行发送。
在图7中示出了高级框图，其图示了示例汽车雷达系统所看到的示例场景。在该示例场景中，通常用10引用的雷达系统安装在车辆18中。雷达的天线阵列生成以方位角和仰角照亮场景的波束13。场景中存在几个目标(包括例如汽车14、行人12、公共汽车15和树木16)，并且雷达的功能是检测这些目标并将定位或图像数据提供给车辆中的更高级别处理。通常，车辆将包含多种类型的传感器，包括雷达、光学、激光雷达等。安装在车辆中的自主驾驶系统负责将各种传感器的输出融合在一起，以形成场景的连贯图片。
在图8中示出了来自图7中的场景的雷达返回数据的范围、方位角和仰角的示例结果，该雷达返回数据由虚拟天线阵列接收并由本发明的DRP处理。通常用20引用的该场景的图像数据包括多个目标，包括例如汽车25、行人24、公共汽车28和树木12)。要注意，示出的每个“像素”都表示特定范围、方位角和仰角的筐。还要注意，尽管未示出，但是还提供了速度(即，多普勒)信息，从而构成4D“像素”的图像。
在一个实施例中，成像雷达可操作以在四个维度上提供所观察场景的高分辨率地图：范围、径向速度(即，多普勒)、方位角和仰角。然而，由于自主汽车需要相对高的分辨率(在所有四个维度上)，因此该4D数据矩阵的大小非常大(例如每帧数十或数百个千兆位，每秒转化为许多兆兆位)。4D矩阵的处理本质上是四维FFT，它将由样本×啁啾×阵列天线行数×阵列天线列数组成的四维输入变换为由范围、多普勒、方位角和仰角组成的四维输出。实时处理高分辨率帧的全4D矩阵需要(1)非常大的硅面积或(2)相对低的帧速率，这两者都是不切实际的。
为了克服该问题，本发明提供了一种两阶段处理机制，该机制能够实时处理高分辨率帧而无需大面积的硅或降低帧速率。
在一个实施例中，两阶段处理机制将原始或常规帧划分为两个部分。因此，两个不同的帧被发送，而不是一个。帧是一个接一个地连续发送的。首先，被完全实时处理的低分辨率“粗糙”帧被发送。基于该帧实时处理的结果，在表示4D矩阵的子集的场景中的多个感兴趣目标(TOI)被确定。然后，使用在先前粗糙帧中获得的信息来发送和处理较长的高分辨率“精细”帧。使用在先前粗糙帧中获得的TOI信息，仅4D矩阵的子集被处理。假设4D矩阵的未处理部分包含不重要的信息，并被丢弃(即，忽略)。
要注意，关于粗糙帧，术语“完全处理”是指在整个4D矩阵上处理的接收数据，即，在所有啁啾、TX和RX天线元件上的所有样本，以生成4D结果，即，范围、速度、方位角和仰角。然而，在替代实施例中，省略了方位角和/或仰角处理以减少时间、计算要求和粗糙帧处理所需的功率。
要注意，关于精细帧，术语“完全处理”是指仅针对感兴趣目标(而不是全4D数据矩阵)处理的接收数据，以生成4D结果，即，范围、速度、方位角和仰角。
还要注意，可以使用一种或多种技术来创建高分辨率精细帧。用于提高4D数据分辨率的几种技术包括：(1)通过增加所发送信号的带宽来提高范围分辨率；(2)通过增加帧的持续时间，即，发送更大数目的啁啾，来提高径向速度(即，多普勒)分辨率；(3)通过增加水平定向天线的数目来提高方位角分辨率；以及(4)通过增加垂直定向天线的数目来提高仰角分辨率。
重要的是要注意，雷达是有源传感器(与无源传感器相反，如数码相机中的图像传感器)，这意味着在传输期间，雷达会主动确定帧的分辨率(即，粗糙帧和精细帧的发送方式不同)。例如，在一个实施例中，粗糙帧中的啁啾的持续时间短于精细帧中的啁啾。与精细帧相比，这降低了粗糙帧的范围分辨率。因此，本发明的两阶段处理机制与诸如数码相机中的无源传感器所使用的方法固有地不同，无源传感器无法主动改变图像的分辨率。
为了说明本发明的原理，考虑图9所示的图示了距离与速度处理的绘图中的示例目标的图。所示出的目标60在某个随机时间点存在于距离多普勒平面中。当雷达系统发送帧时，为该帧选择的参数确定其分辨率。具体地，可以控制范围和速度分辨率。范围分辨率是通过设置每个啁啾的样本数目来控制的。类似地，通过设置每个帧的啁啾数目来控制速度分辨率。
出于说明性目的，考虑在15×15的距离多普勒平面中的期望分辨率。在图10中示出了用于处理的雷达数据的范围和速度筐的示例分辨率网格的图。15×15网格包括多个筐72。目标70被示出为占据几个距离多普勒筐。
在常规雷达系统中，发送单个帧，并且雷达返回数据始终以高分辨率(即，雷达系统的唯一分辨率)被完全处理。换言之，始终处理整个15×15的网格。这就要求在网格中计算15×15＝225个点，而不管目标是否存在。
例如，考虑图示了图11所示的用于覆盖目标和未覆盖目标的范围和速度筐的雷达数据处理的图。此处，构成网格的筐有斑点82，表示未检测到目标的已处理点，或者具有‘X’80，指示检测到目标84的已处理点。要注意，尽管网格中的大多数点都不包含目标信息，但是整个网格在每个帧中都得到处理。然而，不需要(即，不需要处理)网格中的大多数点(筐)，因为它们不包含目标信息。
在一个实施例中，为了满足自主汽车的成像雷达的分辨率和帧速率要求，本发明的雷达系统使用两种不同类型的帧。首先发送低分辨率粗糙帧，然后发送高分辨率精细帧。在本文提供的示例中，粗糙帧包括5×5的网格，诸如图12所示的。该网格现在总共仅包含25个点。大多数点100不包含目标信息，而只有六个104包含关于目标102的数据。粗糙帧处理仅需要计算5×5＝25个点，与高分辨率精细帧所需的225个点相反。要注意，始终会处理整个粗糙帧。如果找到任何目标，则将定位/位置存储在存储器中以用于精细帧处理。因此，例如考虑示例目标102，必须在精细帧处理期间处理25个点中的六个。
在精细帧中，使用15×15分辨率的网格，如图13所示。该网格包括高分辨率点，包括不包含任何目标的点92和包含目标90数据的点94。与常规雷达处理相比，本发明不处理完整的高分辨率帧，而不是始终处理完整的高分辨率帧。相反，仅以高分辨率处理具有目标信息的那些点。
考虑该示例，仅处理覆盖目标90的六个低分辨率点94内的高分辨率点。每个低分辨率点包括3×3＝9点。因此，仅处理6×9＝54个点。因此，代替每帧处理15×15＝225个点，本发明的机制仅需要在粗糙帧中处理5×5＝25个点，再在精细帧中处理6×9＝54个点，总共25+54＝79个点。
在图14中示出了图示用于覆盖目标和未覆盖目标的范围和速度筐的粗糙帧雷达数据处理的图。在该示例中，有斑点的点112表示已处理但未检测到目标的点，而‘X’点110表示已处理并检测到目标的点。检测到目标的点称为感兴趣目标(TOI)，并存储在存储器中，随后在精细帧处理期间使用。
在图15中示出了用于覆盖目标的、未覆盖目标的以及完全未处理的范围和速度筐的精细帧雷达数据处理的图。在该示例中，根据本发明，有斑点的点122表示已处理但未检测到目标的点，‘X’点124表示已处理并且检测到目标的点，并且空点120表示完全未处理(即，丢弃或忽略)的点。在粗糙帧处理期间生成的TOI仅是在精细帧期间完全处理的点。由于所有非TOI点(即，数据)不包含感兴趣的目标信息，因此将被丢弃或忽略。
要注意，在该说明性示例中，使用常规处理的225个点的完整高分辨率网格大小与用于本发明的两阶段处理的79个点之间的比率可能似乎并不高。然而，在现实世界系统中，差异要大得多。例如，要生成实际上不可能的一个帧，需要200亿个点的完整高分辨率网格大小。另一方面，使用本发明的两阶段机制处理二十五万或五十万个点以生成一个帧对于实现是合理的，因此使得实时成像雷达可实现。
在图16中示出了图示本发明的示例两阶段雷达数据处理方法的流程图。首先，发送低分辨率粗糙帧(步骤250)。不管是否检测到任何目标，都对整个粗糙帧执行完整处理(步骤252)。生成低分辨率粗糙数据的完整集合(步骤254)。然后通过低分辨率粗糙数据的完整集合确定感兴趣目标(TOI)(步骤256)。所生成的TOI被存储在存储器中以用于随后的精细帧处理(步骤258)。
要注意，可以使用任何合适的算法来确定TOI。例如，可以将4D矩阵中的数据点(例如幅度)与阈值进行比较。如果数据点超过阈值，则将其添加到TOI列表。阈值本身可以是统一的或动态的，例如由于具有较大范围的减小的雷达返回而随范围变化。
然后发送高分辨率帧(步骤260)。但是仅针对列表中的TOI执行精细帧数据的完整处理(步骤262)。仅针对TOI生成高分辨率数据的完整集合(步骤264)。所有非TOI数据都被丢弃或忽略(步骤266)。使用从TOI信息生成的高分辨率数据来生成输出的高分辨率图像数据(步骤268)。要注意，在一个实施例中，图像数据包括数据的4D矩阵，该4D矩阵通常是稀疏的，因为未处理非TOI数据。这反映了以下事实：遇到的典型场景只稀疏地被填入有目标。另外，大多数场景是静止的。反射是静止的或以人或汽车速度移动。这导致多普勒数据大部分为空。因此，不需要对整个精细帧进行高分辨率处理。然而，仍然期望在规定所需的多普勒分辨率的汽车移动与人的移动之间进行区分。通过首先以低分辨率发送粗糙帧，大大降低了高分辨率精细帧的数据处理要求。这显著减少了处理时间、所需的计算资源和功耗。
本领域技术人员要了解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以以几种不同的方式来实施两阶段机制。具体地，考虑到粗糙帧，存在减少所需处理的几种方式。例如，与精细帧相比，可以降低一维或多维的分辨率。降低分辨率的量也是可变的。另外，可以重新布置四个FFT操作的顺序，以最小化硬件电路系统的要求。可以完全消除方位角或仰角处理，以减少粗糙帧处理期间的计算和时间要求。进一步地，取决于电路系统的实施，相同的硬件可以用于处理粗糙帧和精细帧两者。此外，可以最小化存储器的量以便处理四维FFT。
本发明提供了一种实施两阶段处理机制的雷达信号处理电路。该机制利用了以下事实：可以动态地(即，当粗糙帧或精细帧通过空中发送时)执行范围处理(即，经由DFT或FFT)，从而节省处理时延。在这种情况下，所需的存储器仅用于单个啁啾。一旦接收到完全啁啾的样本，就执行范围FFT。范围处理不需要大的硬件区域，并且也不会增加雷达数据的大小。因此，范围维度首先被处理。
在执行范围处理之后，在剩余三个维度中，速度(即，多普勒)通常是最稀疏的。因此，针对精细帧，接下来处理速度数据，在方位角和仰角之前。这显著减少了为了生成输出图像数据需要处理的数据量，而没有分辨率的任何牺牲。
在可以执行DAE处理(即，使用DFT或FFT)之前，必须存储范围处理后的整个帧的数据。可以使用内部(即，片上)或外部(即，片外)存储器。在任一情况下，都需要相对较大的存储器，如果它太大(即，昂贵)而不能放置在芯片上，则可以将其定位在外部。在一个实施例中，使用三个硬件处理电路块来执行雷达信号处理。
在图17中示出了图示根据本发明的示例两阶段数据处理信号链的框图。通常用130引用的系统包括接收器电路132和雷达处理单元(RPU)电路134。接收器132包括耦合至对应天线136的一个或多个RF前端电路138。接收信号输入到模数转换器(ADC)电路140。RPU134包括范围处理电路142、存储器144、径向速度(即，多普勒)处理电路146、方位角和仰角处理电路148、控制电路149以及TOI存储器150。
如上述所描述的，首先，动态地(即，在帧通过空中发送时)执行范围FFT处理142。其输出存储在存储器144中。在接收到整个帧之后，对从存储器读取的数据执行速度或多普勒处理146，然后执行可选的方位角和仰角处理。要注意，在精细帧期间，由于仅多普勒输出(即，TOI)的子集需要被处理，因此电路146执行的处理的量显著减少。另外，在一个实施例中，不是执行FFT，而是在多普勒处理期间对数据执行DFT，这是因为考虑仅处理数据的子集，DFT效率更高(即，在时间和硬件计算要求上)。在这种情况下，对数据执行FFT效率低下，但也可以使用。在这种情况下，不使用的FFT结果将被丢弃。
最后，针对精细帧，对由多普勒处理生成的减少数据(即，TOI)执行方位角和仰角处理148。处理链的输出被输入到开关152，该开关152将(1)输出图像数据指向更高级别传感器融合，或者将(2)TOI指向TOI存储器150，其中存储它们以在精细帧处理期间使用。控制电路149的功能是配置和控制RPU中的各种电路块以及使用存储在TOI存储器150中的TOI列表来协调精细帧处理。
要注意，在一个实施例中，相同的硬件电路系统用于处理粗糙帧和精细帧两者。这是有可能的，因为每个都在不同的时间被处理，因此可以被流水线化。
要了解的是，信号处理的顺序可以根据本发明的实施而不同。例如，即使效率低下，也可以在范围处理之前执行多普勒处理。另外，每个处理块的分辨率可以根据特定实施而变化。
另外，在一个实施例中，每个啁啾的接收数据被逐行地写入存储器(内部或外部的)。一旦啁啾完成并存储数据，就立即使用FFT对其进行处理以生成范围数据，该范围数据替换每行中接收到的样本数据。一旦处理了帧中的所有啁啾，将逐列读取范围筐，并使用FFT或DFT进行处理，以生成速度(多普勒)数据，然后将其写回到存储器中，以替换特定筐的原始范围数据。因此，每个啁啾执行范围处理，并且每个范围筐执行多普勒处理。
在图18中示出了图示第一示例组合粗糙帧和精细帧信号处理的框图。通常用160引用的系统包括接收器电路162和雷达处理单元(RPU)电路164。接收器162包括耦合至对应天线166的一个或多个RF前端电路168。接收信号输入到ADC电路170。RPU 164包括范围处理电路172、存储器174、多普勒处理电路176、方位角和仰角处理电路178、控制电路179以及TOI存储器180。
如上述所描述的，首先发送粗糙帧(当前粗糙帧184)。当粗糙帧在空中时执行范围处理172，并且结果被存储在存储器174中。由于流水线化，正在处理先前的精细帧186。将输出图像数据引导至更高级别以进行传感器数据集成。控制电路179从TOI存储器180读取TOI列表，并用于确定要对其执行高分辨率多普勒、方位角和仰角(DAE)处理的点。
在图19中示出了图示第二示例组合粗糙帧和精细帧信号处理的框图。通常用190引用的系统包括接收器电路192和雷达处理单元(RPU)电路194。接收器192包括耦合至对应天线196的一个或多个RF前端电路198。接收信号输入到ADC电路200。RPU 194包括范围处理电路202、存储器204、多普勒处理电路206、方位角和仰角处理电路208、控制电路209以及TOI存储器210。
如所描述的，在粗糙帧之后，发送精细帧(当前精细帧214)。当帧通过空中时，执行精细帧的范围处理202，并将结果存储在存储器204中。同时，对当前粗糙帧216执行多普勒、方位角和仰角(DAE)维度的低分辨率处理，并且结果是存储在TOI存储器210中的要在下一帧中使用的目标(TOI)列表。
在图20中示出了图示第三示例组合粗糙帧和精细帧信号处理的框图。通常用220引用的系统包括接收器电路222和雷达处理单元(RPU)电路224。接收器222包括耦合至对应天线226的一个或多个RF前端电路228。接收信号输入到ADC电路230。RPU 224包括范围处理电路232、存储器234、多普勒处理电路236、方位角和仰角处理电路238、控制电路239以及TOI存储器240。
发送下一粗糙帧(下一粗糙帧244)。当帧通过空中时，进行下一粗糙帧的范围处理232，并将结果存储在存储器234中。同时，根据先前通过当前粗糙帧的处理生成的目标(TOI)列表对当前精细帧246进行多普勒、方位角和仰角维度的处理。
因此，在一个实施例中，两阶段处理机制是流水线处理方法。在图21中示出了用于粗糙帧和精细帧的帧传输、范围处理和速度(多普勒)/方位角/仰角(DAE)处理的第一示例时间线的图。示出了几个粗糙帧和精细帧的帧传输、范围和DAE处理。帧传输紧随范围处理，滞后一个啁啾，因为帧是在每个啁啾之后立即进行范围处理的。如所指示的，流水线化使相同的硬件电路能够用于粗糙帧和精细帧处理两者。粗糙帧和精细帧的处理会交替进行范围和DAE处理两者，例如粗糙帧#1、精细帧#1、粗糙帧2、精细帧#2等。要注意，精细帧始终与在它之前的粗糙帧相关。
在图22中示出了图示用于粗糙帧1和精细帧2的帧传输、范围处理以及速度(多普勒)/方位角/仰角(DAE)处理的第二示例时间线的图。该图是粗糙/精细传输和帧流水线处理的替代视图。在该图中，‘R’表示范围处理，并且‘DAE’表示多普勒、方位角和仰角处理。要注意，在该示例中，粗糙帧的范围和DAE处理之间存在时间间隙。根据实施，这可能是由于在完成对先前精细帧的DAE处理之前完成了范围处理。要注意，该间隙通常仅在精细帧之后发送粗糙帧时发生。在发送连续的粗糙帧或精细帧时不会出现间隙。还要注意，由于仅对TOI进行了精细帧处理，因此场景变得不太拥挤时，该间隙会变短。因此，精细帧DAE处理时间根据场景而变化。还要注意，针对每个粗糙帧，将发送和处理两个精细帧A和B。在这种情况下，相同的TOI列表用于处理两个精细帧。
本发明的两阶段处理机制的使用提供了几个优点，包括(1)有效的硬件使用，从而针对粗糙帧和精细帧类型都使用相同的硬件电路系统；(2)有效的存储器使用，从而仅需要一个大存储器块；(3)及时准备好来自粗糙帧的目标列表，以供精细帧使用它，从而最小化处理延迟；以及(4)通过使用粗糙TOI列表显著减少多普勒、方位角和仰角维度中的处理的量，以缩小从整个网格到部分网格的精细帧的处理。
有效地“关联”用于实现相同功能性的组件的任何布置，从而实现期望的功能性。因此，本文中组合以实现特定功能性的任何两个组件可以被视为彼此“关联”，从而实现期望的功能性，而与架构或中间组件无关。同样地，如此关联的任何两个组件也可以视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”，以实现期望的功能性。
此外，本领域技术人员将认识到，上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以组合为单个操作，单个操作可以分布在附加操作中，并且操作可以至少部分地在时间上重叠执行。此外，替代实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在各种其他实施例中可以更改操作的顺序。
本文使用的术语仅用于描述特定的实施例的目的并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清晰指示。还要理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所声明特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或者添加。
在权利要求中，被放置在括号之间的任何附图标记都不应被解释为限制权利要求。在权利要求中使用诸如“至少一个”和“一个或多个”等引入性短语不应被解释为意味着不定冠词“一”或“一个”引入另一权利要求元素将包含这种引入的权利要求元素的任何特定权利要求限制到仅包含一个这种元素的发明，即使同一权利要求包括引入性短语“一个或多个”或“至少一个”以及不定冠词(诸如“一”或“一个”)也是如此。这同样也适用于定冠词的使用。除非另外声明，否则诸如“第一”、“第二”等术语用于任意地区分这种术语描述的元素。因此，这些术语不一定旨在指示这种元素的时间或其他优先化。某些措施被记载在相互不同的权利要求中这一事实并不指示这些措施的组合无法被有利地使用。
下面的权利要求中的所有装置或步骤加上功能元素的对应结构、材料、动作和等效物旨在包括用于与具体要求保护的其他要求保护的元素组合地执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的描述，但是并不旨在是详尽的或将本发明限制为所公开的形式。由于本领域技术人员将容易地想到许多修改和改变，因此其意图是本发明不限于本文描述的有限数目的实施例。因此，要了解的是，在本发明的精神和范围内，可以诉诸所有适当的变型、修改和等效物。选择并且描述实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够针对各种实施例理解本发明，这些实施例具有适于所设想的特定用途的各种修改。

Claims (22)

1.一种在雷达系统中处理接收到的数据的方法，所述方法包括：
在两个阶段中执行数据处理，所述两个阶段包括低分辨率第一阶段和高分辨率第二阶段；
从在所述第一阶段期间发送的低分辨率粗糙帧接收粗糙数据，并且处理以低分辨率接收的所述粗糙数据；
从所述处理的粗糙帧确定多个感兴趣目标(TOI)；以及
从在所述第二阶段期间发送的高分辨率精细帧接收精细数据，并且仅针对所述多个TOI以高分辨率处理所述精细数据，从而大幅减少生成雷达输出图像数据的处理时间。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述精细帧中丢弃非TOI数据，从而显著减少要处理的数据量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定包括：将处理的低分辨率数据与阈值进行比较。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述阈值包括：根据范围变化的阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，处理粗糙帧数据包括：以比所述精细帧处理的分辨率小的分辨率来执行范围处理、径向速度处理、方位角处理和/或仰角处理中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，处理精细帧数据包括：以比所述粗糙帧处理的分辨率高的分辨率来执行范围处理、径向速度处理、方位角和/或仰角处理中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在范围处理之后但在方位角和/或仰角处理之前对所述接收到的数据执行径向速度处理，从而大幅减少方位角和/或仰角处理时间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述精细帧通过使用增加发送信号带宽以提高范围分辨率、增加啁啾的数目以提高径向速度分辨率、增加水平定向天线的数目以提高方位角分辨率以及增加垂直定向天线的数目以提高仰角分辨率的技术中的至少一个来提高分辨率。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述精细帧处理期间，对与所述TOI相对应的接收到的数据执行离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)操作中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述TOI存储在存储器中以在所述精细帧处理期间使用。
11.一种用于在雷达系统中处理接收到的数据的雷达处理单元(RPU)，包括：
数据处理电路，所述数据处理电路可操作以：
在两个阶段中执行所述数据处理，所述两个阶段包括低分辨率第一阶段和高分辨率第二阶段；
从在所述第一阶段期间发送的低分辨率粗糙帧接收粗糙数据，并且处理以低分辨率接收的所述粗糙数据；
从所述处理的粗糙帧确定多个感兴趣目标(TOI)；以及
从在所述第二阶段期间发送的高分辨率精细帧接收精细数据，并且仅针对所述多个TOI以高分辨率处理所述精细数据，从而大幅减少生成雷达输出图像数据的处理时间。
12.根据权利要求11所述的雷达处理单元，其中，所述数据处理电路可操作以在所述精细帧中丢弃非TOI数据，从而显著减少要处理的数据量。
13.根据权利要求11所述的雷达处理单元，其中，粗糙帧数据处理包括：以比所述精细帧处理的分辨率小的分辨率来执行范围处理、径向速度处理、方位角处理和/或仰角处理中的至少一个。
14.根据权利要求11所述的雷达处理单元，其中，精细帧数据处理包括：以比所述粗糙帧处理的分辨率高的分辨率来执行范围处理、径向速度处理、方位角处理和/或仰角处理中的至少一个。
15.根据权利要求11所述的雷达处理单元，其中，粗糙帧和精细帧处理这两者包括：在范围处理之后但在方位角和/或仰角处理之前对所述接收到的数据执行径向速度处理，从而大幅减少方位角和/或仰角处理时间。
16.根据权利要求11所述的雷达处理单元，其中，所述精细帧通过使用增加发送信号带宽以提高范围分辨率、增加啁啾的数目以提高径向速度分辨率、增加水平定向天线的数目以提高方位角分辨率以及增加垂直定向天线的数目以提高仰角分辨率的技术中的至少一个来提高分辨率。
17.一种汽车雷达传感器，包括：
耦合至相应发送天线的多个发送器电路，每个发送器电路可操作以生成发送信号并且将所述发送信号耦合至所述发送天线；
耦合至相应接收天线的多个接收器电路，每个接收器电路可操作以接收反射的雷达返回信号；
数字雷达处理器(DRP)，所述DRP可操作以控制所述多个发送器电路和所述多个接收器电路并且从接收到的雷达返回信号生成雷达图像；
所述DRP包括雷达处理单元(RPU)，所述DRP可操作以：
在两个阶段中执行接收到的雷达返回信号的处理，所述两个阶段包括低分辨率第一阶段和高分辨率第二阶段；
在所述第一阶段期间发送低分辨率粗糙帧，并且处理以低分辨率在其中接收到的数据；
从所述处理的粗糙帧确定多个感兴趣目标(TOI)；以及
在所述第二阶段期间发送高分辨率精细帧并且仅以高分辨率处理所述多个TOI，从而大幅减少生成雷达输出图像数据的处理时间。
18.根据权利要求17所述的传感器，其中，所述数据处理电路可操作以在所述精细帧中丢弃非TOI数据，从而显著减少要处理的数据量。
19.根据权利要求17所述的传感器，其中，粗糙帧数据处理包括：以比所述精细帧处理的分辨率小的分辨率来执行范围处理、径向速度处理、方位角处理和/或仰角处理中的至少一个。
20.根据权利要求17所述的传感器，其中，精细帧数据处理包括：以比所述粗糙帧处理的分辨率高的分辨率来执行范围处理、径向速度处理、方位角处理和/或仰角处理中的至少一个。
21.根据权利要求17所述的传感器，其中，粗糙帧和精细帧处理这两者包括：在范围处理之后但在方位角和/或仰角处理之前对所述接收到的数据执行径向速度处理，从而大幅减少方位角和/或仰角处理时间。
22.根据权利要求17所述的传感器，其中，所述精细帧通过使用增加发送信号带宽以提高范围分辨率、增加啁啾的数目以提高径向速度分辨率、增加水平定向天线的数目以提高方位角分辨率以及增加垂直定向天线的数目以提高仰角分辨率的技术中的至少一个来提高分辨率。
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