CN113311418A - Mimo雷达系统 - Google Patents

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Abstract

一种MIMO雷达系统具有：发送阵列，具有在角度分辨方向上彼此间隔布置的多个发送天线；接收阵列，具有在角度分辨方向上彼此间隔布置的多个接收天线；为单值的角度测量，发送和接收阵列之一的天线间距高于奈奎斯特极限，然而发送和接收阵列的组合的天线间距低于该奈奎斯特极限；控制和分析处理装置，构造用于在重复实施的多个测量周期中的每个中根据周期性的复用方案通过发送阵列发送发送信号；将在测量周期中接收的信号转换成至少二维的探测空间；针对估计值对多值性假设进行检验；选择具有最高品质度量的多值性假设用于单值的多普勒测量；基于发送和接收阵列进行独立的角度估计；将独立的角度估计的结果合并成单值的角度测量。

Description

MIMO雷达系统
技术领域
本发明涉及一种MIMO雷达系统、尤其是用于机动车的MIMO雷达系统。
背景技术
雷达系统越来越多地用于在机动车中检测交通环境，并且将关于所定位的对象(如车辆或障碍物)的间距、相对速度和方位角等信息提供给一个或多个安全功能或舒适功能，所述一个或多个安全功能或舒适功能减轻驾驶员在引导机动车时的负担，或者完全或部分取代人类驾驶员。在此越来越多地使用MIMO(multiple input–multiple output，多输入-多输出)系统，在该MIMO系统中使用多个发送天线和接收天线。
WO 2018/076005 A1提及不同类型的MIMO雷达系统：发送器和/或接收器可以布置在不同的位置处。通过使用相互正交的代码能够产生虚拟通道。可以使用时分复用(TDMA，Time Division Multiple Access)方法或频分复用(FDMA，Frequency Division MultipleAccess)方法。
从DE 10 2014 212 284 A1中已知一种MIMO雷达测量方法，该雷达测量方法中，借助调制模式对所发送的信号进行斜坡形频率调制，在该调制模式中，斜坡的序列被分配给不同的发送切换状态并且在时间上相互交错，这些发送切换状态在对用于发送的天线元件的选择方面有所不同。发送切换状态又分配有在时间上相互交错的多个序列。基于针对一个序列所获得的信号在二维谱中的峰值位置，确定雷达目标的相对速度的值，这些值以预先确定的速度周期是周期性的。将针对发送切换状态的序列的谱中的谱值的相位关系与针对相对速度的相应的周期值所预期的相位关系进行比较，并基于比较结果选择用于相对速度的估计值。
US 2017/0160380 A1描述一种MIMO雷达系统，在该MIMO雷达系统中多个发送天线同时发送。借助伪随机相位调制(PRPM，Pseudo-Random Phase Modulation)，将导向相应的发送天线的信号的相位随机地改变，以便获得同时发射和接收的信号之间的正交程度。
具有多个载波频率的数字调制方法称为OFDM(orthogonal frequency divisionmultiplex，正交频分复用)方法。越来越多地研究将OFDM方法用于雷达系统。在OFDM方法中，将频带划分为多个正交的子带或子载波(FDM，frequency division multiplexing，频分复用)，并且将OFDM符号顺序地依次发送。OFDM符号的所发送的信号是由根据符号的调制方案调制的、相互正交的子载波信号(sub-carrier signal)组成的，这些子载波信号在OFDM符号周期内同时发送。
申请人已经提出一种MIMO雷达系统，在该MIMO雷达系统中，为了单值的多普勒测量，复用序列的重复率低于奈奎斯特极限，从而相对速度测量的结果虽然是高分辨率的，但却是多值的(mehrdeutig)的。为了分辨这种多值性(Mehrdeutigkeit)，在所提出的方法中充分利用以下情况：仅当将由多普勒效应引起的相位偏移适当地校正时，借以再次从接收信号中重建能够单值地(eindeutig)分配给发送阵列的各个发送天线的信号的解复用方法才提供高品质的结果。然而，为此必须已知所涉及的对象的相对速度。多值性的分辨通过以下方式实现：对不同的多值性假设进行检验，并且然后选择在解复用时提供具有最高品质度量(Gütemaβ)的信号的那个假设。
发明内容
本发明的任务是，提出一种具有简单构建的天线阵列的MIMO雷达系统，在该MIMO雷达系统中，能够在短的测量时间内以高的准确度和大的单值性范围(Eindeutigkeitsbereich)确定雷达对象的相对速度和定位角。
根据本发明，该任务通过一种MIMO雷达系统解决，该MIMO雷达系统具有：
-发送阵列，该发送阵列具有在角度分辨方向上彼此以一间距布置的多个发送天线，
-接收阵列，该接收阵列具有在角度分辨方向上彼此以一间距布置的多个接收天线，
-其中，为了单值的角度测量，发送阵列和接收阵列中的一个中的天线间距高于奈奎斯特极限(空间频率低于奈奎斯特极限)，然而发送阵列和接收阵列的组合中的天线间距低于该奈奎斯特极限(空间频率高于该奈奎斯特极限)，并且具有
-控制和分析处理装置，该控制和分析处理装置构造用于，
-在多个重复实施的测量周期的每个中，根据周期性的复用方案通过发送阵列来对发送信号进行发送，其中，复用方案中的时序如此选择，使得能够实现单值的多普勒测量，
-将在一个测量周期中接收到的信号转换成至少二维的探测空间，在该探测空间中，一个维度代表针对多普勒频移的估计值，另一维度代表针对所定位的对象的定位角的估计值，其中，估计值在这些维度中的至少一个中是多值的，
-针对估计值对多值性假设进行检验，其中，每个检验包括基于相应的多值性假设进行接收信号的多普勒校正、创建发送天线到经多普勒校正的接收信号的组合的映射以及确定针对多值性假设的品质度量，
-选择具有最高品质度量的多值性假设用于单值的多普勒测量，
-基于发送阵列和接收阵列进行独立的角度估计，其中，基于发送天线到经多普勒校正的接收信号的组合的映射进行基于发送阵列的角度估计，已经基于所选择的多值性假设创建该映射，
-将独立的角度估计的结果融合成一个单值的角度测量。
通过本发明如下扩展以前提出的方法：欠采样(即低于奈奎斯特极限的采样)不仅在多普勒测量中进行，而且在角度测量中进行。为此，发送阵列的孔径或接收阵列的孔径如此选择，使得实现高的角度分离能力，但是获得多值的结果。相反，相应的另一阵列的孔径如此选择，使得各个天线之间的空隙填充到如此程度，使得获得单值的结果，但是具有较低的角度分辨率。如果然后将两个角度测量的结果进行融合，则相应于可以借助相对较小的总数的发送天线和接收天线来产生的合成孔径获得高分辨率的且单值的测量结果。结果，如此，在“相对速度”和“角度”的维度中实现共同的数据压缩。
但是，基于发送阵列的角度估计也使得在此需要重建可以单值地分配给各个发送天线的信号，为此又需要对由多普勒效应决定的相位步进(Phasenfortschritt)进行校正。因此，一方面多普勒测量的多值性以及另一方面角度测量的多值性可以共同地分辨，由此能够实现高效且节省资源的信号分析处理。
借此还公开一种用于在MIMO雷达系统中进行间距估计、多普勒估计和角度估计的方法，该方法具有以下步骤：
-进行间距估计，
-在第一阶段中进行多值的多普勒估计，
-在第一阶段中进行角度估计，或者基于接收阵列，
-在第二阶段中共同地进行多普勒估计和角度估计，以基于发送阵列分辨多值性并补充角度信息。
本发明的有利构型和扩展方案由本发明的扩展技术方案得出。
在一种实施方式中，该雷达系统是FMCW雷达或线性调频序列雷达(Chirp-Sequence Radar)，在该雷达系统中，相应于陡峭的频率斜坡(所谓的线性调频)的序列对所发送的信号的频率进行调制，该频率斜坡的斜率如此大，使得对该斜坡的多普勒效应可以忽略不计，并且因此执行纯传播时间测量(即间距测量)。然后，通过分析处理由多普勒效应决定的、斜坡之间的相位偏移来测量相对速度。
根据(Einsprechend)MIMO原理，需要合适的复用方法和解复用方法，借助这些复用方法和解复用方法可以将由不同发送天线所发送的信号彼此分离。在此，尤其可以考虑码分复用方法和时分复用方法。
在码分复用方法中，借助在代码矩阵中确定的正交码或准正交码对由发送天线同时发送的信号进行编码。然后，所发送的信号划分为周期性重复的代码块序列，这些代码块分别确定不同发送天线上的代码的不同划分。然后，借以发送代码块的重复率对应于用于多普勒测量的采样率。如果该重复率的倒数(即周期持续时间)超过确定的值(奈奎斯特极限)，则多普勒测量的结果将变得多值。
例如，如果单个代码块包含nCI个代码实例(Code-Instanzen)，这些代码实例分别预先给定发送天线上的代码的不同划分，则在单个代码块中接收到的信号的相位形成具有nCI个分量的向量。在正方形的代码矩阵的情况下，nCI等于发送阵列的同时进行发送的天线的数量。然后可以对接收到的信号进行解码，其方式为：将向量与代码矩阵的逆(Inverse)相乘。但是，前提条件是，在雷达目标处反射时，经编码的信号的正交性保留或者至少能够恢复。如果雷达目标的相对速度不为零，则多普勒效应导致正交性受到一定的干扰，具有以下结果：针对给定的发送天线的经解码的信号分别还包含源自其他发送天线的信号分量。
因此，为了获得具有高品质度量的测量结果，必须相应于多普勒效应对接收到的信号进行校正，这仅在以下情况下才成功：在测量多普勒频移时获得的多值的值中，恰好选择出相应于对象的真实相对速度的值。因此，可以基于品质度量来分辨多值性。例如，在正交码的情况下，角度估计的品质可以用作解码的品质的度量。
在另一实施方式中，可以使用时分复用方法替代码分复用方法。在这种情况下，在任何时刻发送阵列的仅唯一的发送天线是激活的，并且根据周期性的方案在不同的发送天线之间进行切换。在此，激活各个天线的顺序通常与天线在发送阵列中空间布置的顺序不同。因此，由于时间偏移(以该时间偏移发送信号)，雷达目标的相对运动导致从不同的发送天线获得的信号之间的特征性的相位偏移，并且这些相位偏移能够与由于在相对于发送阵列的法线以确定的角度进行信号发射时的、角度相关的传播时间差异而得出的相位偏移区分开。在这种情况下也可以校正由相对运动引起的相位误差，其方式为：在针对多普勒频移和/或对象的定位角的不同多值性假设中选择正确的假设或正确的假设对，并将其作为校正的基础。
还可以想到本发明的使用码分复用和时分复用的组合的实施方式。
同样地，也可以想到代码矩阵不是正方形的实施方式。如果代码实例的数量小于发送天线的数量，则在解码时获得欠定方程组，然而，该欠定方程组能够借助可信的附加假设(例如关于同时定位的雷达目标的数量)来解决。相反，如果存在多于发送天线的代码实例，则能够实现超定方程组。在这种情况下，实现多值性分辨的更大的稳健性，例如相对于信号噪声或其他干扰影响。
在一种实施方式中，接收阵列具有大的、未完全填充的孔径，从而基于接收阵列的角度估计是高分辨率但多值的，而发送阵列具有完全填充的但较小的孔径，并且因此能够实现具有较低分辨率的、单值的角度测量。然而，在另一实施方式中，也可以是发送阵列具有大的孔径而接收阵列具有较小的孔径。
附图说明
以下基于附图进一步阐述实施例。
图1示出具有独立的间距确定和速度确定的MIMO雷达系统的模拟部分的示意图；
图2示出FMCW发送信号的频率图和发送信号的调制方案图；
图3示出雷达系统的天线阵列图；
图4示出雷达系统的定位角范围图；
图5示出根据本发明的一种实施方式的数字信号分析处理装置的框图；
图6和图7示出根据本发明的其他实施方式的数字信号分析处理装置的框图。
具体实施方式
基于图1至4，将快速线性调频MIMO雷达系统的实施例作为FMCW-MIMO雷达系统的示例进行阐述，在该实施例中，发送信号的编码借助相位调制来进行。图1示意性且简化地示出雷达系统的模拟部分的结构。
频率调制装置10控制HF振荡器12，该HF振荡器为多个发送天线14产生呈频率斜坡形式的相同信号的序列。在多个发送通道中的每个中，连接在放大器18的前面的相应的相位调制器16根据由代码生成器22产生的相应的代码20来调制信号的相位。经相位调制的信号通过发送天线14之一进行发射。所发送的且在对象24处反射的信号由多个接收天线26接收，并且在每个接收通道中通过混频器28与HF振荡器12的未经相位调制的信号的部分进行混频并将其带入低频范围。然后，通过A/D转换器30以通常的方式进行A/D转换。
在图2中示意性地示出所发送的信号的频率变化过程以及在其下方代码块32的方案，借助该代码块对所发送的信号进行相位调制。
使用具有相对“快速的”频率斜坡34的序列的“快速线性调频”频率调制方案，从而间距和速度的分析处理能够基本上相互独立地进行，例如借助二维傅里叶变换。尤其是可以将斜坡内的多普勒频移忽略不计。
根据图2，用于各个发送天线14的代码20合并成代码块32。代码块32将所涉及的代码20的代码值A、B、C、…分配给用于单个发送天线的每个信号。单个代码值定义相位调制器18借以调制信号的相位。因此，在每个代码时刻，也称为代码实例I，即在代码20内的每个位置，代码块32针对发送天线中的每个定义所涉及的代码值。代码块32的代码20的数量对应于同时进行发送的发送天线的数量。在I＝1、...、m的代码实例I的序列中，对于每个发送天线，相位调制遍历所涉及的代码的代代码值。如图2所示，将代码块32以1/TC2C的重复率(相应于周期持续时间TC2C)相同地重复。图2中的索引C#＝1...k对代码块的重复进行计数，而索引TX＝1...n(n＝m)对发送天线进行编号。代码块32的代码20彼此正交(优选地完全正交，或者替代地准正交，即代码之间的小的互相关(Kreuz-Korrelation))。因此，通过代码对各个发送天线的信号进行编码；所发送的信号相互正交，以便在接收通道中能够实现信号分离。
如图3所示，发送天线14形成发送阵列36，接收天线26形成接收阵列38。在所示出的示例中，两个阵列均是二维的，从而能够实现方位角上和仰角上的MIMO角度测量。
在接收阵列38中，接收天线26在角度分辨方向y上(例如在方位角的方向上)以均匀的间距布置。各个接收天线之间的间距如此大，使得借助少量天线就能够实现大的孔径和相应地高的角度分辨率。然而，在此，从天线到天线的间距大于雷达射束的半波长，从而不满足奈奎斯特单值性标准(Nyquist-Eindeutigkeitskriterium)。
在图4中示出雷达传感器的视场，该视场包括相对于垂直于接收阵列38的平面的轴x从-θ到+θ的角度。仅当定位角位于从-θa到+θa的较小的间隔内时，角度测量结果才是单值的。如果不能排除较大的定位角，则存在多个角度，对于该多个角度在接收天线处的信号之间获得相同的相位关系，从而测量不再是单值的。
在图3中所示出的示例中，接收天线26也在仰角上(在角度分辨方向z上)以均匀的间距布置，并且在该方向上天线间距也如此大，使得进行非单值的欠采样。
发送阵列36的发送天线14在方位角上以均匀的间距布置，但是间距如此选择，使得能够实现单值的角度测量。但是，为此，孔径明显小于接收阵列38中的孔径，从而角度分辨率较低。在仰角上，发送阵列36也借助小的孔径设计用于单值的角度测量。
在图3中，附加地示出合成阵列40，如此获得该合成阵列：将接收天线26中的每个与发送天线14中的每个组合，从而信号从发送天线到对象的传播时间差异和从对象到接收天线的传播时间差异相加。最终，正是该虚拟阵列40的孔径确定雷达传感器的分辨能力。但是，需要在接收信号中将源自不同发送天线14的信号分量彼此分离，以便可以分辨接收阵列的多值性。
在图3中所示出的示例中，在接收阵列38中，两个角度分辨方向y和z也是相互解耦的，因为对于接收天线的每个y位置，所有z位置也都为接收天线所占据。相反，发送阵列36是非解耦阵列的示例，在该非解耦阵列中，对于若干y位置(图3中的两个右侧的位置)，并非所有z位置都被占用。通常，解耦的阵列使得数据分析处理容易，而非解耦的阵列需要较少的天线元件。相应于相应的要求，对于发送侧以及对于接收侧，可以在解耦的阵列和非解耦的阵列之间做出不同的决定。
天线元件(在方位角上和/或在仰角上)的等距的布置也使得数据分析处理容易，因为该等距的布置使得能够使用例如快速傅里叶变换(FFT)。另一方面，如在此在发送天线14中的那样，天线的非等距的布置具有以下优点：在给定的孔径下，能够优化单值性角度范围(图4)。
通常，在此处所描述的雷达系统中，可以想到等距和非等距的布置以及解耦或非解耦的布置的所有组合。同样地，也能够实现以下实施方式：在这些实施方式中，发送阵列设计用于多值的、高分辨的角度测量，而接收阵列设计用于具有较低角度分辨率的单值的角度测量。
现在将基于图5阐述分析处理装置的示例，该分析处理装置用于分析处理借助根据图3的天线阵列以及借助根据图2的复用方案所获得的接收信号。
将由A/D转换器30提供的数字数据分别在一个完整的测量周期内进行采样。在测量周期内总共记录的(复)信号值的数量通过以下各项的乘积给出：接收阵列38的接收天线26的数量nRX、代码实例I的数量nCI、测量周期内代码块32的重复的数量ns以及单个频率斜坡34上的采样点的数量nf。在处理阶段42中，使在测量周期内所采样的数据经历四维傅里叶变换(4D-FFT)。结果是具有以下维度的四维谱：“方位角1”、“仰角1”、“多普勒1”和“间距”。维度“方位角1”基于在方位角方向上布置在相同行中的接收天线26的数据说明在方位角上复幅度在定位角范围上的分布。相应地，维度“仰角1”基于在仰角方向上布置在相同列中的接收天线26的数据说明在仰角范围上的分布。维度“多普勒1”说明通过以代码块的重复率1/TC2C对代码块进行“慢速”采样而获得的多普勒谱。应当注意的是，上述所有三个维度中的结果由于相应的欠采样而都是多值的。维度“间距”基于各个频率斜坡34上的“快速”采样说明间距谱。在该维度中，结果是单值的。针对每个所发送的斜坡都获得自己的谱。
将四维的谱非相干地积分(复幅度的绝对值的相加)。结果是四维探测空间44中的幅度分布。该四维空间中的每个点都分配有幅度和的确定量值，并且每个所定位的对象在该空间中以确定的间距、确定的多普勒频移、确定的方位角和确定的仰角下的峰值(局部最大值)的形式呈现，其中，后三个参量分别都是多值的，从而该对象仅能分配有关于相对速度的多个假设中的一个，并且同样地仅能分配有关于方位角和仰角的多个假设中的一个。然后，在该探测空间44中搜索所找到的峰值的四维坐标，这些峰值分别代表一个探测结果。对于这些点中的每个，(在非相干的积分之前)存在nCI个复幅度，该nCI个复幅度形成具有nCI个分量的向量，并且现在对其进行进一步的分析处理，以便分辨剩余的多值性。
为此，在检验阶段46中对多值性假设的不同的三重假设(Triple)进行检验。每个多值性假设都包括：鉴于多值参量“多普勒1”仍然可以考虑的用于多普勒频移的值；由于多值参量“方位角1”而可以考虑的用于方位角的可能值之一；通过多值参量“仰角1”说明的仰角中的一个。因此，所有这些三重假设的整体覆盖多普勒频移和角度的可以考虑的所有组合。每个三重假设尤其是包含用于多普勒频移的并且因此用于相对速度的假定值。现在，该值可以用于相应于相对速度校正在信号向量中出现的相位。由此恢复代码实例中的代码的正交性，从而，如果用于相对速度的假设正确，则能够实现正确的解码，并且获得经解码的信号向量，该信号向量的分量分别说明源自发送天线14之一的信号的相位。然后，基于向量的属于布置在方位角方向上的发送天线14的分量，可以确定用于方位角的单值的(但是低分辨率的)值，并且相应地，基于属于布置在仰角方向上的发送天线的分量，可以确定用于仰角的单值的值。
如果用于相对速度的假定值是错误的，则解码不完全成功。在这种情况下，方位角上和仰角上的角度估计的品质也将更小。
基于这些标准，现在可以在第二探测阶段48中进行多值性的分辨。为此，将在多值性假设的检验中获得的经相位校正的、经解码的信号向量合并(例如相干地相加)成三维谱。该谱具有维度“多普勒2”、“方位角2”和“仰角2”，并且该谱中的最尖锐(和最高)的峰值说明用于对象的相对速度、方位角和仰角的真实且单值的值。以相同的方式也能够在该三维空间中分辨多个目标。
在第一探测阶段14中获得的结果“多普勒1”、“方位角1”和“仰角1”是高分辨率但多值的，而在第二探测阶段48中获得的结果是低分辨率但单值的。现在可以将这些结果融合，其方式为：将用于“多普勒1”的多个高分辨率的值中的、与“多普勒2”最佳一致的那个值选择用于相对速度的最终且单值的值。以相应的方式，还将用于方位角和仰角的值融合。
由于每个所定位的对象可能具有不同的相对速度，因此针对在探测空间44中获得的每个探测结果分开地执行检验阶段46和第二探测阶段48。
在图1中所示出的雷达系统的架构还允许替代的运行方式，在该运行方式中，发送信号不是以码分复用而是以时分复用进行发送。在这种情况下，代码生成器22如此操控各个放大器18，使得在任何时刻仅唯一的发送天线是激活的，并且以确定的顺序在发送天线之间切换。然后，该切换以对应于图2中的周期持续时间TC2C的周期持续时间(始终以相同的顺序)周期性地重复。然后，无需对发送信号进行编码，因为发送信号已经通过以下方式彼此分离：将该发送信号时间偏移地进行发送。尽管如此，在时分复用中也需要对所接收的信号进行相位校正，以便补偿依次由发送天线14发送的信号之间的时间偏移。与码分复用中用于恢复正交性的相位校正类似，在这种情况下相位校正也基于针对相对速度的多值性假设。
同样地，还可以想到以下运行方式：在该运行方式中，码分复用和时分复用相互结合。在这种情况下，将发送天线14细分为多个组，这些组分别同时进行发送，并且其信号以相应较小的代码矩阵进行编码。
对于在图5中所示出的信号分析处理类型，还存在不同的替代方案。
图6示出一个示例，在该示例中，在一个测量周期内采样的数字数据在处理阶段42中最初仅在维度“多普勒1”和“间距”中经历二维傅里叶变换。因此，对于每个探测到的对象，第一探测阶段仅提供针对间距的一个值和针对参量“多普勒1”的不同假设。将用于探测到的对象的复幅度提供给第一角度估计阶段50，在那里，基于针对不同接收天线26所获得的值的相位进行角度估计。在此处所示出的示例中，为简单起见，假定雷达传感器仅在方位角上是角度分辨的。显然也能够扩展到仰角中的角度估计。
然后，在检验阶段46中，对多值性假设进行检验，分别借助针对假定的相对速度的相位校正和对经相位校正的信号向量的解码。以这种方式，获得针对相对速度的单值的值“多普勒2”以及分配给同时激活的发送天线14的一组信号TX。然后，基于这些信号，在第二角度估计阶段52中进行基于发送阵列36的角度估计，由此获得针对方位角的单值的值“方位角2”。如此，在第二探测阶段48中，对于第一阶段的每个探测结果，获得维度“多普勒2”、“方位角1”和“方位角2”中的三维谱。然后，以已经描述的方式融合用于“多普勒1”和“多普勒2”以及用于“方位角1”和“方位角2”的值。
在图7中示出分析处理方法的另一变型方案。在该方法中，在处理阶段42中，在维度“多普勒1”、“间距”和“方位角1”中进行三维傅里叶变换，从而在探测空间44中获得单值的间距值和多值的值“多普勒1”和“方位角1”。然后，在检验阶段46中，针对每个探测结果和每个多普勒假设进行相位校正和解码。然后，在角度估计阶段52中，借助经解码的信号进行基于发送阵列36的角度估计，从而获得用于方位角的单值的值“方位角2”。然后，在第二探测阶段48中，针对每个探测结果在维度“多普勒2”和“方位角2”中搜索二维谱中峰值，之后，以已经描述的方式融合在探测阶段44和48中获得的探测结果。
在雷达系统中(在该雷达系统中，与在图3中不同，发送阵列具有大的、未填充的孔径，而接收阵列具有较小的孔径)，同样能够应用所描述的分析处理方法，但是以发送阵列和接收阵列的经互换的角色。

Claims (10)

1.一种MIMO雷达系统，所述MIMO雷达系统具有：
发送阵列(36)，所述发送阵列具有在角度分辨方向(y，z)上彼此以一间距布置的多个发送天线(14)，
接收阵列(38)，所述接收阵列具有在所述角度分辨方向上彼此以一间距布置的多个接收天线(26)，
其中，为了单值的角度测量，所述发送阵列和所述接收阵列中的一个中的天线间距高于奈奎斯特极限，然而，所述发送阵列和所述接收阵列的组合中的天线间距低于所述奈奎斯特极限，
控制和分析处理装置，所述控制和分析处理装置构造用于，在重复实施的多个测量周期的每个中，根据周期性的复用方案通过所述发送阵列对发送信号进行发送，其中，所述复用方案中的时序如此选择，使得能够实现单值的多普勒测量，
将在一个测量周期中所接收到的信号转换成至少二维的探测空间(44)，在所述探测空间中，一个维度代表用于多普勒频移的估计值(“多普勒1”)，并且另一维度代表用于所定位的对象的定位角的估计值(“方位角1”，“仰角1”)，其中，所述估计值在所述维度中的至少一个中是多值的，
针对所述估计值对多值性假设进行检验，其中，每个检验包括：基于相应的多值性假设进行所述接收信号的多普勒校正，创建所述发送天线(14)到经多普勒校正的所述接收信号的组合的映射，以及确定用于所述多值性假设的品质度量，
选择具有最高品质度量的所述多值性假设用于单值的多普勒测量(“多普勒2”)，
基于所述发送阵列(36)和所述接收阵列(38)进行独立的角度估计，其中，基于所述发送天线到经多普勒校正的所述接收信号的组合的映射进行基于所述发送阵列(36)的角度估计，已经基于所选择的多值性假设创建所述映射，
将所述独立的角度估计的结果融合成单值的角度测量。
2.根据权利要求1所述的雷达系统，在所述雷达系统中，所述复用方案包括用于所述发送天线(14)中的至少若干发送天线的码分复用。
3.根据权利要求1或2所述的雷达系统，在所述雷达系统中，所述复用方案包括用于所述发送天线(14)中的至少若干发送天线的时分复用。
4.根据以上权利要求中任一项所述的雷达系统，在所述雷达系统中，所述发送信号(20)包括频率斜坡(34)的序列，所述频率斜坡的斜坡斜率设计用于根据FMCW原理的间距测量，并且所述多普勒测量基于在所述复用方案的周期性的重复中获得的信号的相对相位。
5.根据以上权利要求中任一项所述的雷达系统，在所述雷达系统中，所述发送阵列(36)设计用于单值的角度测量，并且所述接收阵列(38)设计用于具有更高分辨率的多值的角度测量。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的雷达系统，在所述雷达系统中，所述接收阵列(38)设计用于单值的角度测量，并且所述发送阵列(36)设计用于具有更高分辨率的多值的角度测量。
7.根据以上权利要求中任一项所述的雷达系统，在所述雷达系统中，所述接收天线(26)和/或所述发送天线(14)在所述角度分辨方向(y，z)上等距地布置。
8.根据以上权利要求中任一项所述的雷达系统，在所述雷达系统中，在所述至少二维的探测空间(44)中，所述用于多普勒频移的估计值(“多普勒1”)和所述用于定位角的估计值(“方位角1”)均是多值的，并且所述多值性假设的检验包括对用于所述多普勒频移的假设和用于所述定位角的假设的不同组合的检验。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，基于所述接收阵列(38)的角度估计(50)与所述多值性假设的检验独立地进行。
10.根据权利要求9所述的雷达系统，在所述雷达系统中，所述接收天线(26)在所述角度分辨方向(y，z)上等距地布置，并且基于所述接收阵列(38)的角度估计通过快速傅里叶变换(FFT)进行。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11536795B1 (en) * 2020-06-23 2022-12-27 Charles A Uzes System for receiving communications
US11802939B2 (en) * 2020-11-16 2023-10-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus with radar signal processing
KR20230102619A (ko) * 2021-12-30 2023-07-07 삼성전자주식회사 레이더 신호 처리 방법 및 장치
JP2023113203A (ja) * 2022-02-03 2023-08-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 速度検出装置、情報処理装置及び情報処理方法
EP4242685A1 (en) * 2022-03-09 2023-09-13 Sony Group Corporation Determination of an unambiguous parameter in radar circuitry using frequency division multiplexing

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4321601A (en) * 1971-04-23 1982-03-23 United Technologies Corporation Three dimensional, azimuth-correcting mapping radar
US7466262B2 (en) * 2003-07-03 2008-12-16 Navcom Technology, Inc. Positioning system with a sparse antenna array
US7972271B2 (en) * 2003-10-28 2011-07-05 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatus and method for phased subarray imaging
US7714782B2 (en) * 2004-01-13 2010-05-11 Dennis Willard Davis Phase arrays exploiting geometry phase and methods of creating such arrays
US8350747B2 (en) * 2004-04-14 2013-01-08 L-3 Communications Security And Detection Systems, Inc. Surveillance with subject screening
US7791530B2 (en) * 2006-01-05 2010-09-07 Autoliv Asp, Inc. Time duplex apparatus and method for radar sensor front-ends
DE102008038365A1 (de) * 2008-07-02 2010-01-07 Adc Automotive Distance Control Systems Gmbh Fahrzeug-Radarsystem und Verfahren zur Bestimmung einer Position zumindest eines Objekts relativ zu einem Fahrzeug
US9274250B2 (en) * 2008-11-13 2016-03-01 Saint Louis University Apparatus and method for providing environmental predictive indicators to emergency response managers
US9285504B2 (en) * 2008-11-13 2016-03-15 Saint Louis University Apparatus and method for providing environmental predictive indicators to emergency response managers
DK2877741T3 (da) * 2012-07-27 2019-05-20 Univ Texas Tech System System og fremgangsmåde til at evaluere vindstrømningsfelter ved anvendelse af fjernregistreringsindretninger
IL223619A (en) * 2012-12-13 2017-08-31 Elta Systems Ltd A system and method for coherent processing of signals from transmission and / or reception systems
DE102013212090A1 (de) * 2013-06-25 2015-01-08 Robert Bosch Gmbh Winkelauflösender FMCW-Radarsensor
DE102014200692A1 (de) * 2014-01-16 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren, antennenanordnung, radarsystem und fahrzeug
DE102014212284A1 (de) 2014-06-26 2015-12-31 Robert Bosch Gmbh MIMO-Radarmessverfahren
US9541638B2 (en) * 2014-11-11 2017-01-10 Nxp B.V. MIMO radar system
US9810774B2 (en) * 2014-11-13 2017-11-07 The Boeing Company Short-range point defense radar
US9952319B2 (en) 2015-12-08 2018-04-24 Delphi Technologies, Inc. Residue cancellation for automated vehicle MIMO radar
IL245366A0 (en) * 2016-05-01 2016-08-31 Technion Res & Dev Foundation A multi-input and multi-output radar system (mimo) and a method for using it
US20180113210A1 (en) 2016-10-21 2018-04-26 Waymo Llc Mountable Radar System
EP3552041B1 (en) * 2016-12-08 2023-06-21 University of Washington Millimeter wave and/or microwave imaging systems and methods
US10754025B2 (en) * 2018-06-20 2020-08-25 Rapsodo Pte. Ltd. Radar and camera-based data fusion
US10921436B2 (en) * 2018-08-13 2021-02-16 Nxp B.V. MIMO radar coding for resolving velocity ambiguity
DE102018121987A1 (de) * 2018-09-10 2020-03-12 Infineon Technologies Ag Frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radarsystem
US11360210B2 (en) * 2019-07-02 2022-06-14 Intel Corporation Multi-mode multi-input multi-output (MIMO) radar sensors
US11592548B2 (en) * 2019-09-27 2023-02-28 Intel Corporation Methods and apparatus to improve doppler velocity estimation
US11662427B2 (en) * 2019-12-09 2023-05-30 Nxp Usa, Inc. Method and system for frequency offset modulation range division MIMO automotive radar
US11762077B2 (en) * 2019-12-09 2023-09-19 Nxp Usa, Inc. Method and system for frequency offset modulation range division MIMO automotive radar using I-channel only modulation mixer

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DE102020202498A1 (de) 2021-09-02
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US20210270933A1 (en) 2021-09-02

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