CN113204024A - 可缩放的级联雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本公开的技术描述了可缩放的级联汽车雷达系统，其生成公共振荡器信号，该公共振荡器信号使得比任何先前的级联汽车雷达系统能够更快且更精确地输出连续的啁啾，从而减少相位噪声并改善性能。可缩放的级联汽车雷达系统将从至少两个主收发器输出的各个LO信号组合，来将组合的信号作为公共振荡器信号进行分配，以输入到雷达系统的所有收发器。因此，由于公共振荡器信号不再被限制为来自单个主收发器的单个LO信号，因此减少了其他汽车雷达系统生成的啁啾之间原本会发生的稳定时间和复位时间。

Description

可缩放的级联雷达系统
背景技术
汽车雷达系统收集与位于汽车外部的静止和移动目标(例如，其他交通工具、行人、障碍物、其他感兴趣的对象)的速度和距离有关的信息。多输入多输出(MIMO)雷达系统具有多个收发器并且能够同时发射和处理更多独立且不同的信号，因此可以快速收集大量雷达信息，适用于避免碰撞以及汽车的其他主动安全性或自主驾驶特性。不幸的是，由于其复杂性增加，MIMO雷达系统通常在尺寸和成本上都更大。
级联雷达系统是MIMO雷达系统的一种形式，通过根据主本地振荡器(LO)信号操作所有收发器，从而最大程度地降低了复杂性(从而减小了尺寸和成本)。主LO信号用于收发器中的上变频和下变频。如果主LO信号是已调制信号，则它还用于调制雷达发射信号和解调雷达接收信号。仅将一个收发器指定为“主”收发器，从而使该收发器负责生成主LO信号，并负责自身以及所有其他“次”收发器。级联雷达系统的啁啾长度和带宽受到与主LO信号相关联的约束(例如，稳定时间、复位时间)的限制，从而导致当前啁啾结束与下一个啁啾开始之间出现不希望的延迟。
发明内容
本公开的技术实现了(例如，用于汽车应用的)可缩放的级联雷达系统，其不受传统级联雷达系统中使用的单个LO信号的约束(例如，稳定时间和复位时间)的限制。相反，描述了示例可缩放的级联雷达系统，其将从雷达系统的多个收发器中的至少一些收发器输出的多个LO信号组合并将从LO信号的组合得出的公共振荡器信号作为LO信号输入分配给雷达系统的所有收发器。该公共振荡器信号减少了级联雷达系统中传统LO信号的稳定时间和复位时间，并且因此使连续的啁啾更加频繁地出现。根据多个收发器的LO信号的组合创建的公共振荡器信号解决了稳定时间和复位时间问题，这些问题阻止在仅使用一个主收发器时的快速啁啾波形。公共振荡器信号能够生成具有不同特征(诸如中心频率和带宽)的附加啁啾波形，以改善距离分辨率和多普勒覆盖。不同的波形使级联雷达系统能够实现波形分集，从而使级联雷达系统更具通用性并且能够检测除非使用特定波形否则无法被检测的附加类型的目标。示例级联雷达系统的公共振荡器信号进一步实现了发射(TX)信道之间更好的正交性以及更稳健的抗干涉保护。
在一些方面，描述了一种可缩放的级联汽车雷达系统，包括：多个收发器，包括第一收发器和第二收发器，各自被配置成用于输出各个本地振荡器(LO)信号；组合器，被配置成用于将从第一收发器输出的各个LO信号与从第二收发器输出的各个LO信号合并为公共振荡器信号；除法器，被配置成用于当收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时，将公共振荡器信号分配给多个收发器中的每一个；以及雷达控制组件，被配置成用于输出与从到达汽车外部目标的雷达信号中检测的雷达反射相关联的信息。
在其他方面，描述了一种可缩放的级联汽车雷达系统，包括：多个收发器，各自能够输出各个本地振荡器(LO)信号；组合器，被配置成用于将从多个收发器中的至少两个收发器输出的各个LO信号合并为公共振荡器信号；除法器，被配置成用于当收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时，将公共振荡器信号分配给多个收发器中的每一个；以及雷达控制组件，被配置成用于输出与从到达汽车外部目标的雷达反射有关的信息。
在附加的方面，一种方法包括：从可缩放的级联汽车雷达系统的至少两个收发器中的每个收发器中获取各个本地振荡器(LO)信号；基于从至少两个收发器输出的各个LO信号的组合来生成公共振荡器信号，以用于在该至少两个收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时输入到该至少两个收发器；以及当该至少两个收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时，将公共振荡器信号输入到该至少两个收发器中的每个收发器的各个LO信号输入中。
该文档还描述了具有用于执行以上概述的方法的指令的计算机可读介质。本文阐述了其他方法，以及用于执行以上概述的方法以及这些其他方法的系统和装置。提供本发明内容是为了介绍用于可缩放的级联汽车雷达系统的简化概念，该可缩放的级联汽车雷达系统在下面的具体实施方式和附图中进一步描述。为了便于描述，本公开侧重于汽车雷达系统；然而，这些技术不限于汽车，而适用于其他类型的交通工具的雷达和系统。本发明内容并非旨在标识出要求保护的主题的必要特征，亦非旨在用于确定要求保护的主题的范围。
附图说明
本文档参考以下附图描述了可缩放的级联雷达系统的一个或多个方面的细节。贯穿附图使用相同的数字来引用相似的特征和组件：
图1示出了其中可实现可缩放的级联雷达系统的示例环境。
图2示出了作为交通工具的一部分的可缩放的级联雷达系统的示例实现方式。
图3示出了示例可缩放的级联雷达系统的操作。
图4-1示出了可缩放的级联雷达系统的示例天线阵列和示例收发器的发射部分。
图4-2示出了可缩放的级联雷达系统的示例天线阵列和示例收发器的接收部分。
图4-3示出了由可缩放的级联雷达系统的处理器实现的示例方案。
图4-4和图4-5分别示出了图4-1的示例收发器的本地振荡器的示例。
图5-1和图5-2示出了传统级联雷达系统的示例。
图5-3示出了示出传统级联雷达系统的定时限制的波形。
图6-1示出了可缩放的级联雷达系统的示例。
图6-2示出了图6-1中可缩放的级联雷达系统的各方面。
图6-3示出了示出可缩放的级联雷达系统的定时益处的波形。
图7-1至图7-4示出了用于可缩放的级联雷达系统的示例收发器架构。
图8示出了可缩放的级联雷达系统的示例啁啾波形。
图9示出了由可缩放的级联雷达系统的控制器执行的示例方法。
具体实施方式
在下面描述可缩放的级联汽车雷达系统的一个或多个方面的细节。高级驾驶员辅助系统、高度自动化的驾驶系统以及其他子系统，需要对交通工具周围环境的准确了解。提供距离、速度和角度信息的直接估计的汽车雷达已迅速成为这些汽车子系统用于获取环境关键信息所依赖的重要传感技术之一。
为了在保持宽覆盖范围的同时实现高角度分辨率，汽车雷达越来越多地成为MIMO雷达系统，该MIMO雷达系统可以生成虚拟信道并大大减少物理发射(TX)和物理RX(接收)信道的数量。MIMO雷达系统处理由不同TX和RX信道组合提供的信息。例如，具有3RX和4TX信道的MIMO汽车雷达系统可以模拟具有1TX和12RX信道的系统的性能。然而，MIMO汽车雷达通常较大、复杂且昂贵。单片微波集成电路(MMIC)上的全集成收发器的最新发展已大大降低了MIMO雷达系统的成本和复杂性。多个TX和RX信道以及模拟和数字前端被集成到单个芯片中。流行的MMIC收发器尺寸小、成本低，仅支持有限数量的TX和RX信道。将MIMO雷达系统缩放以包括更多MMIC收发器可改善角度分辨率，但存在一些缺点，包括输入到不同收发器中的每个收发器的个别LO信号的不相关相位噪声。
与这些先前的MIMO雷达系统相比，本公开描述了一种可缩放的级联汽车雷达系统，其生成公共振荡器信号，该公共振荡器信号使得比任何先前的级联汽车雷达系统能够更快且更精确地输出连续的啁啾，从而减少相位噪声并改善性能。可缩放的级联汽车雷达系统将从至少两个主收发器输出的各个LO信号组合，来将组合的信号作为公共振荡器信号进行分配，以输入到雷达系统的所有收发器。因此，由于公共振荡器信号不再被限制为来自单个主收发器的单个LO信号，因此减少了其他汽车雷达系统生成的啁啾之间的稳定时间和复位时间。
示例环境
图1示出了示例汽车系统，包括可缩放的级联汽车雷达系统102。在所描绘的环境100中，雷达系统102被安装到交通工具104上或被集成在交通工具104内。雷达系统102能够检测交通工具104附近区域内的一个或多个对象108。尽管示出为汽车，但交通工具104可以表示其他类型的机动交通工具(例如，摩托车、公共汽车、拖拉机、半挂车或施工装备)、其他类型的非机动交通工具(例如，自行车)、其他类型的有轨交通工具(例如，火车或电车)、水运工具(例如，船只或船舶)、飞行器(例如，飞机或直升机)、或航天器(例如，卫星)。在一些情况下，交通工具104可以拖曳或包括拖车或其他附接件。一般而言，雷达系统102可以被安装到任何类型的移动平台(包括移动机械或机器人装备)上。
在所描绘的实现方式中，雷达系统102被安装在交通工具104的顶部并且提供照亮对象108的视场106。在其他实现方式中，雷达系统102可以被安装到交通工具104的前侧、后侧、左侧或右侧。雷达系统102甚至可以被安装到交通工具104的底侧。在一些情况下，交通工具104包括多个雷达系统102，诸如被定位在交通工具104的左侧附近的第一后置雷达系统104和被定位在交通工具104的右侧附近的第二后置雷达系统104。一般而言，一个或多个雷达系统102的位置可以被设计成提供包含对象108可能存在的感兴趣区域的特定视场106。示例视场106包括360度视场、一个或多个180度视场、一个或多个90度视场等，它们可以重叠(例如，用于产生特定大小的视场)。
对象108由反射雷达信号的一种或多种材料构成。取决于应用，对象108可以表示感兴趣的目标或杂乱物。在一些情况下，对象108是移动的对象110，诸如另一交通工具110-1、半挂车110-2、人110-3、或动物110-4。在其他情况下，对象108代表静止的对象112，诸如锥形交通路标112-1、混凝土屏障112-2、护栏112-3、栅栏112-4、树木112-5或停放的交通工具112-6。静止的对象112甚至可包括道路屏障，其可以沿着道路的一部分连续或不连续。关于图2进一步描述雷达系统102和交通工具104。
通常，雷达系统102是MIMO雷达系统，其被配置成用于基于来自雷达系统102的至少两个收发器的LO信号的组合来分配公共振荡器信号。雷达系统基于各个LO信号的组合来得出公共振荡器信号，然后将公共振荡器信号传递到雷达系统102的每个收发器中以用于发射雷达信号。与传统的级联汽车雷达系统不同，可缩放的级联雷达系统102不受单个主收发器系统的约束(诸如由稳定时间引起的啁啾之间的延迟以及从级联到所有收发器的单个主收发器输出LO信号的延迟)的限制。雷达系统102允许将多个收发器104配置为主收发器，并使从多个主收发器生成的LO信号能够同时被所有收发器组合和使用。由多个主收发器生成的LO信号不仅解决了原本会阻止来自单个LO信号的快速啁啾波形的稳定时间和复位时间问题，而且还使提高距离分辨率并更稳健地抗干涉的其他波形成为可能。
图2示出了作为交通工具104的一部分的雷达系统102。交通工具104包括基于交通工具的系统202，该系统依赖于来自雷达系统102(诸如驾驶员辅助系统204和/或自主驾驶系统206)的数据。通常，基于交通工具的系统202使用由雷达系统102提供的雷达数据来执行功能。例如，驾驶员辅助系统204提供盲点监测并生成警报，该警报指示与雷达系统102检测到的对象108的潜在碰撞。在该情况下，来自雷达系统102的雷达数据指示改变车道何时是安全或不安全的。
作为另一个示例，驾驶员辅助系统204抑制响应雷达系统102的警报，该警报指示对象108代表静止的对象112(诸如道路屏障)。以此方式，驾驶员辅助系统204可以避免在交通工具104在道路屏障旁边行驶时以警告使驾驶员烦恼。在来自道路屏障的反射会生成错误的检测结果(看上去是移动的对象)的情况下，这也是有益的。通过抑制警报，这些错误的检测将不会导致驾驶员辅助系统204警告驾驶员。
自主驾驶系统206可以将交通工具104移动到特定位置，同时避免与雷达系统102检测到的其他对象108发生碰撞。雷达系统102提供的雷达数据可以提供与其他对象108的位置和移动有关的信息，以使自主驾驶系统206能够执行紧急制动、执行车道改变或调整交通工具104的速度。
雷达系统102包括通信接口208，以通过交通工具104的通信总线将雷达数据发射到基于交通工具的系统202或(例如，当雷达系统102中所示的单个组件被集成在交通工具104内)发射到交通工具104的另一个组件。通常，由通信接口208提供的雷达数据是呈基于交通工具的系统202可使用的格式。在一些实现方式中，通信接口208可以向雷达系统102提供信息，诸如交通工具104的速度或方向指示灯是打开还是关闭。雷达系统102可以使用该信息来适当地配置自身。例如，雷达系统102可以通过补偿交通工具104的速度来确定对象108的绝对速度。或者，雷达系统102可以基于右转指示灯打开还是左转指示灯打开来动态地调整视场106。
雷达系统102还包括至少一个天线阵列210和多个收发器212以发射和接收雷达信号。天线阵列210包括多个发射天线元件和多个接收天线元件，以将雷达系统102配置成用于能够在给定时间发射多个不同波形(例如，每个发射天线元件不同波形)的MIMO。天线元件可以是圆极化的、水平极化的、垂直极化的或它们的组合。
雷达系统102可以使用天线阵列210来形成转向的或未转向的、以及宽的或窄的波束。可以通过模拟波束成形或数字波束成形来实现转向和成形。一个或多个发射天线元件可以具有未转向的全向辐射图，或者一个或多个发射天线元件可以产生宽的、可转向的波束以照亮大空间容积。为了获得目标角度和角分辨率，接收天线元件可以用于生成具有数字波束成形的数百个窄的转向波束。以此方式，雷达系统102可以有效地监测外部环境，并检测感兴趣区域内的一个或多个对象108。
收发器212包括用于经由天线阵列210发射和接收雷达信号的电路和逻辑。收发器212的组件可包括用于调节雷达信号的放大器、混频器、开关、模数转换器、或滤波器。收发器212还包括用于执行同相/正交(I/Q)操作(诸如调制或解调)的逻辑。可以使用各种调制，包括线性频率调制、三角频率调制、步进频率调制或相位调制。收发器212可被配置成用于支持连续波或脉冲雷达操作。
收发器212用于生成雷达信号的频谱(例如，频率范围)可以包含一千兆赫兹到四百千兆赫兹(GHz)、四GHz到一百GHz、或大约七十GHz到八十GHz之间的频率。带宽可以小于1GHz，诸如在大约300兆赫兹(MHz)和500MHz之间。
雷达系统102还包括一个或多个处理器214和计算机可读存储介质(CRM)216。CRM216包括原始数据处理模块218和雷达控制模块220。可以使用硬件、软件、固件或它们的组合来实现原始数据处理模块218和雷达控制模块220。在该示例中，处理器214执行用于实现原始数据处理模块218和雷达控制模块220的指令。原始数据处理模块218和雷达控制模块220一起使得处理器214能够处理来自天线阵列210中的接收天线元件的响应，以检测对象108并生成用于基于交通工具的系统202的雷达数据。
原始数据处理模块218将由收发器212提供的原始数据转换为雷达控制模块220可用的雷达数据。雷达控制模块220分析雷达数据以映射一个或多个检测。雷达控制模块220基于具有检测的连续帧的数量来确定在FOV 106内是否存在对象。
雷达控制模块220产生用于基于雷达的系统202的雷达数据。雷达数据的示例类型包括指示对象108是否存在于感兴趣的特定区域内的布尔值、表示对象108的特性(例如，位置、速度或运动方向)的数字、或指示检测到的对象108的类型(例如，运动对象110或静止对象112)的值。雷达控制模块220配置收发器212经由天线阵列210发射雷达信号并检测雷达反射。雷达控制模块306输出与从到达目标(诸如对象108)的雷达信号检测到的雷达反射相关联的信息。
图3示出了雷达系统102的示例操作。在所描绘的配置中，雷达系统102被实现为频率调制的连续波(FMCW)MIMO雷达。然而，如上面关于图2所描述的，可以实现其他类型的雷达架构。在环境300中，对象108位于距离雷达系统102特定倾斜范围和角度处。为了检测对象108，雷达系统102发射雷达发射信号302。雷达发射信号302的至少一部分被对象108反射。该经反射的部分表示雷达接收信号304。雷达系统102接收雷达接收信号304，并处理雷达接收信号304以提取(图2的)基于交通工具的系统202的数据。如图所示，由于在传播和反射期间引起的损耗，雷达接收信号304的振幅小于雷达发射信号302的振幅。
尽管雷达发射信号302被示为具有单个波形，但是雷达发射信号302可以由具有不同波形的多个雷达发射信号302组成以支持MIMO操作。同样，雷达接收信号304可以由也具有不同波形的多个雷达接收信号302组成。
雷达发射信号302包括一个或多个啁啾信号306-1至306-C，其中C表示正整数。雷达系统102可以以连续序列发射啁啾306-1至306-C，或者将啁啾306-1至306-C作为时间分离的脉冲发射。啁啾306-1至306-C表示帧308(或扫描)。雷达发射信号302可包括多个帧308，或多组啁啾306-1至306-C。作为示例，帧308内的啁啾306的数量可以是几百个啁啾的数量级(例如，C可以等于256、512或1024)。帧308的持续时间可以是毫秒(ms)的数量级，诸如大约8ms、15ms或30ms。
啁啾306-1至306-C的各个频率可以随时间增加或减少。在所描绘的示例中，雷达系统102采用单斜率周期来随时间推移线性地增加啁啾306-1至306-C的频率。其他类型的频率调制也是可能的，包括双斜率周期和/或非线性频率调制。一般来说，啁啾306-1至306C的传输特性(例如，带宽、中心频率、持续时间和发射功率)可以被定制以实现用于检测对象108的特定检测范围、距离分辨率或多普勒覆盖。
此外，雷达系统102可以采用扩频技术(诸如码分多址(CDMA))，以支持MIMO操作。在所描绘的示例中，雷达系统102使用二进制相移键控(BPSK)来对每个帧308进行编码。例如，将编码序列应用于雷达发射信号302的每个帧308。编码序列确定帧308内啁啾306-1到306-C中的每一个啁啾的相位。在该示例中，第二啁啾306-1具有与第一啁啾306-1的相位偏移180度的相位。
在雷达系统102处，雷达接收信号304表示雷达发射信号302的延迟版本。延迟量与从雷达系统102的天线阵列210到对象108的倾斜范围(例如，距离)成比例。具体而言，该延迟表示雷达发射信号302从雷达系统102传播到对象108所需的时间、以及雷达接收信号304从对象108传播到雷达系统102所需的时间的总和。如果对象108和/或雷达系统102在移动，则由于多普勒效应，雷达接收信号304相对于雷达发射信号302在频率上移位。换言之，雷达接收信号304的特性取决于对象108的运动和/或交通工具104的运动。类似于雷达发射信号302，雷达接收信号304由啁啾306-1至306-C中的一个或多个啁啾组成。多个啁啾306-1至306-C使雷达系统102能够在帧308的时间段内对对象108进行多次观测。相对于图4-1至图4-2进一步描述了雷达发射信号302的发射和雷达接收信号304的接收。
图4-1示出了示例天线阵列210和(作为雷达系统102的收发器212的示例的)收发器212-1的发射部分。在所示的配置中，收发器212-1在天线阵列210与(图2的)处理器214之间耦合。收发器212包括耦合至接收器404的发射器402。发射器402包括一个或多个发射信道406-1至406-N，其中N是正整数。
发射信道406共享本地振荡器408，并且每个发射信道406包括相位调制器410和至少一个功率放大器412。在该示例中，本地控制的振荡器408产生LO信号并耦合至相位调制器410的输入，并且相位调制器410的输出耦合至功率放大器412的输入。接收器404也耦合至本地控制振荡器408的输出，如关于图4-2进一步描述的。发射信道406-1至406-N还可包括未示出的其他组件，诸如滤波器、混频器、可变增益放大器和移相器。
天线阵列210包括一个或多个发射天线元件414-1至414-N。在该实现方式中，发射信道406-1至406-N中的每一个发射信道耦合至相应的发射天线元件414-1至414-N。在其他实现方式中，发射信道406-1至406-N中的一个或多个发射信道耦合至发射天线元件414-1至414-N中的一个以上发射天线元件。在该情况下，发射天线元件414-1至414-N的数量大于发射信道406-1至406-N的数量。
在发射期间，发射器402接受来自处理器214(未示出)的控制信号416。处理器214使用控制信号416指示发射器402以特定配置或操作模式进行操作。作为示例，控制信号416可以指定由发射信道406-1至406-N生成的波形的类型。不同的波形类型可以具有各种啁啾(C)数量、帧数量、啁啾持续时间、帧持续时间、中心频率、带宽、频率调制类型(例如，单斜率调制、双斜率调制、线性调制或非线性调制)、或相位调制的类型(例如，不同的正交编码序列)。另外，控制信号416可以指定启用或禁用哪些发射信道406-1至406-N。
基于控制信号416，发射信道406-1的压控振荡器408生成在射频下的调频雷达信号418。相位调制器410调制调频雷达信号418内啁啾306-1至306-C的相位，以生成经调频和经调相的雷达信号420。啁啾306-1至306-C的相位可以基于由控制信号416指定的编码序列来确定。功率放大器412放大经调频和经调相的雷达信号420用于经由发射天线元件414-1进行发射。发射的经调频和经调相的雷达信号420由雷达发射信号302-1表示。
其他发射信道406-2至406-N可以执行类似的操作，以生成雷达发射信号302-2至302-N。如上所述，雷达发射信号302-1至302-N的部分可以具有相似的波形或不同的波形。雷达发射信号302-1至302-N在空间中传播，并且雷达发射信号302-1至302-N的各部分被至少一个(图3的)对象108反射。收发器212接收这些反射，如关于图4-2进一步描述的。
图4-2示出了雷达系统102的天线阵列210和收发器212的接收部分。在所描绘的配置中，接收器404包括一个或多个接收信道422-1至422-M，其中M表示正整数。接收信道422-1至422-M的数量可以与发射信道406-1至406-N的数量相似或不同(例如，M可以大于、小于或等于N)。
接收信道422共享本地振荡器408。每个接收信道422-1至422-M包括至少一个低噪声放大器426、至少一个混频器428、至少一个滤波器430(例如，带通滤波器或低通滤波器)以及至少一个模数转换器440。在该示例中，混频器428的输入耦合至低噪声放大器426的输出，混频器428的输出耦合至滤波器430的输入，滤波器430的输出耦合至模数转换器440，并且模数转换器440的输出耦合至处理器214(未示出)。混频器428的另一个输入也耦合至由发射信道406-1至406-N中每一个发射信道共享的本地控制的振荡器408。接收信道422-1至422-M还可包括其他组件(未示出)，诸如其他滤波器、其他混频器、可变增益放大器、移相器等。
天线阵列210包括一个或多个接收天线元件424-1至424-M。在该实现方式中，接收信道422-1至422-M中的每一个接收信道耦合至相应的接收天线元件424-1至424-M。在其他实现方式中，接收信道422-1至422-M中一个或多个接收信道耦合至接收天线元件424-1至424-M中一个以上的接收天线元件。在该情况下，接收天线元件424-1至424-M的数量大于接收信道422-1至422-M的数量。
在接收期间，每个接收天线元件424-1至424-M接收雷达接收信号304-1至304-M的版本。通常，这些版本的雷达接收信号304-1至304-M之间的相对相位差是由于接收天线元件424-1至424-M与发射器402的发射天线元件(例如，发射器天线元件414-1至414-N)的位置差。在每个接收信道422-1至422-M中，低噪声放大器426将雷达接收信号304放大，并且混频器428将放大的雷达接收信号304与发射器402的发射信道406-1至406-N之一生成的经调频和经调相的雷达信号420之一进行混频。具体地，混频器428执行拍频(beating)操作，其对雷达接收信号304进行下变频和解调以生成拍频(beat)信号434。
拍频信号434的频率表示经调频和经调相的雷达信号420(例如，雷达发射信号302)与雷达接收信号304之间的频率差。该频率差和天线阵列与对象108之间的倾斜范围成比例。
滤波器430对拍频信号434进行滤波，并且模数转换器440将经滤波的拍频信号434数字化。接收信道422-1至422-M分别生成数字拍频信号436-1至428-M，它们被提供给(图2的)处理器214以供处理。收发器212的接收信道422-1至422-M耦合至处理器214，如图4-3所示。
图4-3示出了由雷达系统102的处理器214实现的用于执行雷达功能的示例方案。在所示的配置中，处理器214实现原始数据处理模块218，并且雷达控制模块220输出用于基于交通工具的系统202的雷达数据444。处理器214连接至接收信道422-1至422-M。
在接收期间，原始数据处理模块218接受来自接收信道422-1至422-M的数字拍频信号436-1至428-M。数字拍频信号436-1至428-M表示原始或未处理的复杂雷达数据。原始数据处理模块218基于数字拍频信号436-1至428-M来执行一个或多个操作以生成雷达数据立方体438。作为示例，原始数据处理模块218可以执行一个或多个傅立叶变换操作，诸如快速傅立叶变换(FFT)操作。随着时间的推移，原始数据处理模块218针对雷达接收信号304的各个帧308生成多个雷达数据立方体438。
原始数据处理模块281输出振幅和/或相位信息(例如，同相和/或正交分量)。雷达控制模块220分析信息以生成用于基于交通工具的系统202的雷达数据444。作为示例，雷达数据444指示对象108是否在交通工具104的盲点中。
图4-4和图4-5示出了LO 408的示例。LO 408-1包括耦合至LO-OUT(LO-出)452的啁啾发生器450。LO 408-1的LO-In(LO-入)454是耦合至收发器402和接收器404的输出。处理器214可以激活啁啾发生器450以将收发器配置为依赖于LO-Out 452的主收发器。处理器214可以禁用啁啾发生器450以将收发器配置为依赖于LO-In 454的次收发器。在图4-5的示例中，LO408-2的处理器214可以通过控制开关456将收发器配置为主收发器，该开关456要么将啁啾发生器450的输出连接至相位调制器410，要么开关456将LO-In信号454连接至相位调制器410。
与LO 408-2相比，LO 408-1在不需要456的情况下节省了成本和重量。因此，啁啾发生器450如果处于活动状态，则从LO-Out 452输出LO信号并将LO信号(例如，公共振荡器信号)输入到LO-In 454。LO 408-1和408-2中的每一个都可配置成用于输出LO-Out信号452。在某些情况下，通过提供接收LO-In信号454但省略啁啾发生器450、开关456等的LO408的变型，制造商可以节省更多的重量和成本。
图5-1和图5-2示出了传统级联汽车雷达系统的示例。雷达系统500-1和500-2各自包括雷达处理器214。进一步地，雷达系统500-1和500-2包括作为收发器212的示例的收发器502。雷达处理器214配置收发器502-1至502-n以经由天线阵列210发射雷达信号并检测雷达反射。雷达处理器214输出与从到达目标的雷达信号中检测到的雷达反射相关联的信息。
雷达系统500-1和500-2是除了如何将每个LO信号从主收发器502-1共享到其他次收发器502-2至502-n“收发器502”中的每个、相同的级联MIMO汽车雷达系统，其中N可以是任何整数。在诸如此类的单个主级联系统中，基本原理是使多个收发器502充当一个大型集成收发器，其中收发器502-1是负责控制所有次收发器502-2至502-n的定时的唯一主收发器。换句话说，所有次收发器502-2至502-n仅被视为添加了附加TX和RX信道的拓展。在两个单个主级联系统500-1和500-2之一中，为了确保所有收发器502表现得像单个“虚拟”收发器，LO信号在主收发器502-1中生成(因此仅由主收发器控制)并经由放大器或除法器512与其他次收发器502-2至502-n共享。
图5-3示出了波形504，其示出了传统级联MIMO汽车雷达系统(诸如雷达系统500-1和500-2)的定时限制。两个单个级联系统500-1和500-2中的每个级联系统在单个收发器502-1中生成LO信号，其中LO信号在LO-Out452输出。除法器512将LO信号提供给每个收发器500的个别LO-In 454。级联系统500-1和500-2在一个收发器502-1上生成LO信号并共享来自单个分配点(例如，除法器512)的LO信号或作为彼此的传递到LO-In 454的直通信号。
例如，如波形504所示，在收发器502-1生成的经调频啁啾s0与收发器502-2生成的经调频啁啾s1之间存在相当大的时间延迟(t2减t1)。如图所示，在一个经调频啁啾之后，LO信号需要一定的时间来复位和稳定，然后才能生成下一个经调频啁啾，从而限制了能够多快地发射经调频啁啾。由于LO信号的这些约束，单个啁啾的长度和带宽(BW)可能受到限制。如果两个连续的啁啾之间的起始频率的差(f1减去f0)太大，则第二啁啾的起始频率和斜率可能不太灵活并且LO信号可能需要更多的稳定时间或复位时间。啁啾之间的该延迟影响了性能，并禁止发射连续的啁啾序列。
图6-1示出了可缩放的级联MIMO汽车雷达系统102-1的示例。雷达系统102-1包括雷达处理器214和天线阵列210。与直接共享从单个主收发器的LO-Out 425生成的LO信号的传统雷达系统500-1和500-2不同，雷达系统102-1包括收发器架构606。组合器602-1接收从多个主收发器502-1和502-2生成的LO信号452-1和452-2。然后，除法器602-2对公共振荡器信号进行除法，以满足输入到收发器502-1至502-2的LO-In 454-1和LO-In 454-2的约束。除法器602可以将公共振荡器信号的相等部分分配给多个收发器502-1和502-2中的每个收发器的各个LO-In 454-1或454-2。在一些情况下，收发器架构606包括一个或多个放大器406，因此从除法器602-2输出的经除法的公共振荡器信号满足LO-In 454-1和454-2的输入约束。组合器602-1和除法器602-2依靠放大器604将公共振荡器信号增加到收发器302-1和302-2用于发射雷达信号并检测来自目标的雷达反射所需的阈值水平(例如，各个LO-In218的电压或电流)。雷达控制组件402输出与从到达目标的雷达信号中检测到的雷达反射相关联的信息。
图6-2示出了图6-1中可缩放的级联MIMO汽车雷达系统的各方面。图6-2更详细地示出了组合器602-1和除法器602-2。2对1功率组合器和1对2功率除法器可以是相同的RF组件，但以相反方向馈送。例如，如图6-2所示，功率组合器602-1和功率除法器604-2的一个选项是经典的威尔金森功率除法器，其提升了收发器502-1和502-2的各个LO-Out 454-1和454-2之间的隔离，并且减少噪声。
图6-3示出了波形604，其示出了可缩放的级联MIMO汽车雷达系统(诸如雷达系统102-1)的定时优势。收发器502-1和502-2中的每一个生成LO-In信号452-1和452-2。组合器602-1将两个信号452-1和452-2组合以创建输入到除法器602-2的组合信号。除法器602-2在各个LO-In 454将公共振荡信号提供给收发器502-1和502-2中的每个收发器。如波形604所示，在收发器502-1生成的经调频啁啾s0与收发器502-2生成的经调频啁啾s1之间存在比如图5-3中波形504所示的时间延迟少得多的时间延迟(t2减t1)。如图所示，在一个经调频啁啾之后，公共振荡器信号在生成下一个经调频啁啾之前不需要时间来复位和稳定，从而能够发射更快的经调频啁啾。没有LO信号的先前约束，可以扩展或限制单个啁啾的长度和带宽(BW)。第二啁啾的起始频率和斜率是灵活的。啁啾之间的较短延迟提高了性能并且能够发射连续的啁啾序列。
图7-1至图7-4示出了用于可缩放的级联MIMO汽车雷达系统的示例收发器架构。架构700-1至700-4是来自图6-1的架构606的示例，在架构606中，一些或全部LO信号被输出并反馈回到系统进行组合。
图7-1示出了实现示例架构606所需的最少组件。架构606-1包括组合器602-1，该组合器602-1接收在收发器502-1的LO-Out 452-1处生成的相应LO信号以及在收发器502-2的LO-Out 452-2处生成的不同的相应LO信号作为输入。组合信号由除法器602-2作为输入接收，并作为公共振荡信号输入分配在收发器502-1的LO-In 454-1和收发器502-2的LO-In454-2。
图7-2示出了架构606-2的附加示例，该架构606-2包括组合器602-1，该组合器602-1接收在收发器502-1的LO-Out 452-1处生成的相应LO信号以及在收发器502-4的LO-Out 452-2处生成的不同的相应LO信号作为输入。除法器604-2接收公共振荡器信号作为输入。然而，在606-2的示例中还有附加的收发器。公共振荡器信号必须在公共振荡器信号到达主收发器502-1和502-4的同时到达附加收发器，以保持相同的相位。换句话说，两级除法器604-2和604-3或604-4(例如，均匀地)分割作为输入接收的LO信号，因此到达收发器502-1至502-4的各个LO-In 454的LO信号大约在同一时间到达。
图7-3示出了根据图6-1的架构606的附加示例。图7-3突出了架构606-3如何可缩放用于更大数量的收发器。架构606-3包括组合器602-1，该组合器602-1接收在收发器502-1的LO-Out 452-1处生成的相应LO信号以及在收发器502-8的LO-Out 452-2处生成的不同的相应LO信号作为输入。从组合器602-1输出公共振荡器信号作为在除法器602-2处的第一级除法的输入。公共振荡器信号在除法器604-3和604-4处分配至第二级除法，然后在除法器604-5或604-6处分配至第三级除法。多个经除法的公共振荡器信号大约在同一时间快速到达所有收发器相应的LO-In 454。
图7-4是示例架构606的变型。在架构606-4中，两个以上的LO信号被组合器602-1组合。收发器502-1至502-4中的每个收发器生成其自身的LO信号452-1至452-4。LO信号被组合器602-1组合成公共振荡器信号。因此，架构606-4可以确保收发器502-1至502-4中的每一个收发器都与公共振荡器信号同步。架构606以及示例606-1至606-4中的每个允许将多个收发器配置为主收发器，并使从多个主收发器生成的LO信号能够被组合并共享至所有主收发器和次收发器。
图8示出了可缩放的级联汽车雷达系统的示例啁啾波形800-1至800-4。在图4-1的雷达系统102-1的上下文中描述了图8。可以从一个或多个主收发器104生成时间和频率不同的波形，这使得生成各种这样的波形成为可能：这些波形可能在距离分辨率和多普勒覆盖方面得到更好的性能、在TX信道之间具有更好的正交性、并且对干涉更稳健。例如，来自不同的主收发器302-1和302-2的不同的LO信号可被配置成用于在时间上顺序地操作以限制稳定时间和复位时间并导致更精确的波形。更快的啁啾可以在同一时间帧期间发射更多的脉冲，从而实现更好的代码复用性能并同时支持更多的TX信道。不同的主收发器可以输出不同(例如，频率)的主LO信号。当将不同的LO信号组合成公共振荡器信号，可以同时但以不同频率发射雷达波形，以实现更大的带宽和更好的距离分辨率。波形800-1至800-4是不同波形的示例，这些波形在单个主收发器系统中是不可能的，但可以在多个主收发器系统(诸如雷达系统102-1)中实现。
例如，如波形800-1所示，在收发器502-1和502-2生成的啁啾之间没有延迟。波形800-1示出了在啁啾之间几乎没有延迟的情况下组合啁啾时如何能够得到具有大带宽的长啁啾。波形800-2突出了消除公共振荡器信号中的传播延迟如何能够实现具有随机起始频率的快速啁啾模式。波形800-3是具有不同斜率的快速波形的示例，并且波形800-4示出了具有相同或不同斜率的双频带啁啾。
图9示出了由可缩放的级联MIMO汽车雷达系统(诸如雷达系统102)执行的示例方法900。例如，处理器214执行与雷达控制模块220相关联的指令，以将雷达系统配置成用于执行方法900。方法900包括步骤902至步骤914。方法900被示出为被执行的多组操作(或动作)，但不一定限于本文示出的操作的顺序或组合。此外，操作中的一个或多个操作中的任一者可以被重复、被组合或被重组以提供其他方法。在以下讨论的部分中，可以参考图1的环境100和先前的图。
在902处，组合器602-1从雷达系统600-1的至少两个收发器502-1和502-2中的每一个收发器获得各个LO信号552-1和552-2。可选地，在904处，组合器602-1避免获得从附加收发器输出的各个LO信号。在906处，组合器601-1基于各个LO信号552-1和552-2的组合来输出公共振荡器信号。在908处，放大器604可选地在步骤910之前或之后放大公共振荡器信号。在910处，除法器602-2将公共振荡器信号的组合划分为LO信号554-1和554-2。公共振荡器信号作为LO信号554-1和554-2同时输出到至少两个收发器502-1和502-2中的每一个收发器以及任何附加收发器。
在912处，将公共振荡器信号输入到至少两个收发器中的每一个收发器以及任何附加收发器的各个LO信号输入554-1和554-2中。换句话说，在将公共振荡器信号输入到至少两个收发器502-1和502-2中的每一个收发器的各个LO信号输入554-1和554-2中的同时，将公共振荡器信号同时输入到从中可能无法获得LO信号输出的附加收发器中。在914处，雷达处理器214控制收发器502-1和502-2输出与公共振荡器信号同步的雷达啁啾，包括诸如波形800-1至800-4的波形。
以下是可缩放的级联MIMO汽车雷达系统和适用技术的附加示例。
示例1。一种可缩放的级联汽车雷达系统，包括：多个收发器，包括第一收发器和第二收发器，各自被配置成用于输出各个本地振荡器(LO)信号；组合器，被配置成用于将从第一收发器输出的各个LO信号与从第二收发器输出的各个LO信号合并为公共振荡器信号；除法器，被配置成用于当收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时，将公共振荡器信号分配给多个收发器中的每一个收发器；以及雷达控制组件，被配置成用于输出与从到达汽车外部目标的雷达信号中检测的雷达反射相关联的信息。
示例2。示例1的可缩放的级联汽车雷达系统，进一步包括在组合器与除法器之间的放大器，该放大器被配置成用于将公共振荡器信号增加到多个收发器用于发射雷达信号并检测来自目标的雷达反射所需的阈值水平。
示例3。示例1或2的可缩放的级联汽车雷达系统，进一步包括被配置成用于发射雷达信号并检测雷达反射的天线。
示例4。示例1至3中任一项的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，多个收发器进一步包括至少两个附加收发器，该至少两个附加收发器各自被配置成用于接收公共振荡器信号。
示例5。示例4的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，至少两个附加收发器各自被配置成用于不输出各个LO信号。
示例6。示例4的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，至少两个附加收发器各自被配置成用于输出各个LO信号，并且组合器被配置成用于将来自第一收发器、第二收发器、以及至少两个附加收发器中的每一个收发器的各个LO信号合并为公共振荡器信号。
示例7。示例1至6中任一项的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，除法器被配置成用于将公共振荡器信号平均分配给多个收发器中每个收发器的各个LO信号输入。
示例8。一种可缩放的级联汽车雷达系统，包括：多个收发器，各自能够输出各个本地振荡器(LO)信号；组合器，被配置成用于将从多个收发器中的至少两个收发器输出的各个LO信号合并为公共振荡器信号；除法器，被配置成用于当收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时，将公共振荡器信号分配给多个收发器中的每一个收发器；以及雷达控制组件，被配置成用于输出与来自汽车外部目标的雷达反射有关的信息。
示例9。示例8的可缩放的级联的汽车雷达系统，其中，组合器被配置成用于不合并来自多个收发器中的至少两个其他收发器的各个LO信号。
示例10。示例8或9的可缩放的级联的汽车雷达系统，其中，除法器包括多个除法器，多个除法器被配置成用于将从组合器输出的公共振荡器信号的相等部分分配给多个收发器中的每个收发器的各个LO信号输入。
示例11。示例8至10中任一项的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，雷达控制组件进一步被配置成用于：对于多个收发器中的第一收发器生成第一啁啾；以及对于多个收发器中的第二收发器生成第二啁啾，第二啁啾在时间上具有与第一啁啾不同的频率函数。
示例12。示例11的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，雷达控制组件进一步被配置成用于：对于多个收发器中的第三收发器生成第三啁啾；以及对于多个收发器中的第四收发器生成第四啁啾。
示例13。示例12的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，至少两个啁啾具有相同的各自的时间频率函数。
示例14。示例12的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，至少两个啁啾包括不同的各自的时间频率函数。
示例15。一种方法，包括：从可缩放的级联汽车雷达系统的至少两个收发器中的每个收发器中，获取各个本地振荡器(LO)信号；基于从至少两个收发器输出的各个LO信号的组合，来生成公共振荡器信号，以用于在该至少两个收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时输入到该至少两个收发器；以及当该至少两个收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时，将公共振荡器信号输入到该至少两个收发器中的每个收发器的各个LO信号输入中。
示例16。示例15的方法，进一步包括：在将公共振荡器信号输入到该至少两个收发器中的每一个收发器的各个LO信号输入中的同时，将公共振荡器信号同时输入到汽车雷达系统的附加收发器中，当该至少两个收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时，该附加收发器不输出各个LO信号。
示例17。示例16的方法，进一步包括：避免获得从附加收发器输出的各个LO信号。
示例18。示例15至17中任一项的方法，其中，生成用于输入到至少两个收发器的公共振荡器信号包括：组合至少两个收发器的各个LO信号，然后将组合的各个LO信号划分为公共振荡器信号。
示例19。示例18的方法，进一步包括：在将组合的各个LO信号划分为公共振荡器信号之前或之后，放大公共振荡器信号。
示例20。示例15至19中任一项的方法，进一步包括：检测与公共振荡器信号同步的雷达反射。
虽然本公开的各种实施例在前述描述中进行了描述并且在附图中示出，但是应当理解，本公开不限于此，而是可以在接下来的权利要求的范围内以各种方式实施为实践。从前述描述中，将显而易见的是，可以在不偏离由接下来的权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下做出各种更改。

Claims (20)

1.一种可缩放的级联汽车雷达系统，包括：
多个收发器，所述多个收发器包括第一收发器和第二收发器，各自被配置成用于输出各个本地振荡器LO信号；
组合器，所述组合器被配置成用于将从所述第一收发器输出的各个LO信号与从所述第二收发器输出的各个LO信号合并为公共振荡器信号；
除法器，所述除法器被配置成用于当收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时，将所述公共振荡器信号分配给所述多个收发器中的每一个收发器；以及
雷达控制组件，所述雷达控制组件被配置成用于输出与从到达所述汽车外部目标的所述雷达信号中检测的所述雷达反射相关联的信息。
2.如权利要求1所述的可缩放的级联汽车雷达系统，进一步包括在所述组合器与所述除法器之间的放大器，所述放大器被配置成用于将所述公共振荡器信号增加到所述多个收发器用于发射所述雷达信号并检测来自所述目标的所述雷达反射所需的阈值水平。
3.如权利要求1所述的可缩放的级联汽车雷达系统，进一步包括被配置成用于发射所述雷达信号并检测所述雷达反射的天线。
4.如权利要求1所述的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，所述多个收发器进一步包括至少两个附加收发器，所述至少两个附加收发器各自被配置成用于接收所述公共振荡器信号。
5.如权利要求4所述的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，所述至少两个附加收发器各自被配置成用于不输出各个LO信号。
6.如权利要求4所述的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，所述至少两个附加收发器各自被配置成用于输出各个LO信号，并且所述组合器被配置成用于将来自所述第一收发器、所述第二收发器，以及所述至少两个附加收发器中的每一个收发器的各个LO信号合并为所述公共振荡器信号。
7.如权利要求1所述的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，所述除法器被配置成用于将所述公共振荡器信号平均分配给所述多个收发器中每个收发器的各个LO信号输入。
8.一种可缩放的级联汽车雷达系统，包括：
多个收发器，所述多个收发器各自能够输出各个本地振荡器LO信号；
组合器，所述组合器被配置成用于将从所述多个收发器中的至少两个收发器输出的各个LO信号合并为公共振荡器信号；
除法器，所述除法器被配置成用于当收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时，将所述公共振荡器信号分配给所述多个收发器中的每一个收发器；以及
雷达控制组件，所述雷达控制组件被配置成用于输出与来自所述汽车外部目标的所述雷达反射有关的信息。
9.如权利要求8所述的可缩放的级联的汽车雷达系统，其中，所述组合器被配置成用于不合并来自所述多个收发器中的至少两个其他收发器的各个LO信号。
10.如权利要求8所述的可缩放的级联的汽车雷达系统，其中，所述除法器包括多个除法器，多个除法器被配置成用于将从所述组合器输出的所述公共振荡器信号的相等部分分配给所述多个收发器中的每个收发器的各个LO信号输入。
11.如权利要求8所述的可缩放的级联的汽车雷达系统，其中，所述雷达控制组件进一步被配置成用于：
对于所述多个收发器中的第一收发器生成第一啁啾；以及
对于所述多个收发器中的第二收发器生成第二啁啾，所述第二啁啾在时间上具有与所述第一啁啾不同的频率函数。
12.如权利要求11所述的可缩放的级联的汽车雷达系统，其中，所述雷达控制组件进一步被配置成用于：
对于所述多个收发器中的第三收发器生成第三啁啾；以及
对于所述多个收发器中的第四收发器生成第四啁啾。
13.如权利要求12所述的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，至少两个啁啾具有相同的各自的时间频率函数。
14.如权利要求12所述的可缩放的级联汽车雷达系统，其中，至少两个啁啾包括不同的各自的时间频率函数。
15.一种方法，包括：
从可缩放的级联汽车雷达系统的至少两个收发器中的每个收发器中，获取各个本地振荡器LO信号；
基于从所述至少两个收发器输出的各个LO信号的组合，来生成公共振荡器信号，以用于在所述至少两个收发器发射用于检测来自汽车外部目标的雷达反射的雷达信号时输入到所述至少两个收发器；以及
当所述至少两个收发器发射用于检测来自所述汽车外部所述目标的所述雷达反射的所述雷达信号时，将所述公共振荡器信号输入到所述至少两个收发器中的每个收发器的各个LO信号输入中。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
在将所述公共振荡器信号输入到所述至少两个收发器中的每一个收发器的各个LO信号输入中的同时，将所述公共振荡器信号同时输入到所述汽车雷达系统的附加收发器中，当所述至少两个收发器发射用于检测来自所述汽车外部所述目标的所述雷达反射的所述雷达信号时，所述附加收发器不输出各个LO信号。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：
避免获得从所述附加收发器输出的各个LO信号。
18.如权利要求15所述的方法，其中，生成用于输入到所述至少两个收发器的所述公共振荡器信号包括：
组合所述至少两个收发器的各个LO信号，然后将组合的各个LO信号划分为所述公共振荡器信号。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：
在将组合的各个LO信号划分为所述公共振荡器信号之前或之后，放大所述公共振荡器信号。
20.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
检测与所述公共振荡器信号同步的所述雷达反射。
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