CN114137479A - 级联传感器中的本地振荡器漂移估计和补偿系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种调频连续波(FMCW)雷达系统包括：具有C个天线的天线阵列，其中(C＝A+B‑1)；包括A个第一传感器输入的第一集成电路(IC)装置；以及包括B个第二传感器输入的第二IC装置。所述第一传感器输入耦合到所述天线中的前A个天线，且所述第二传感器输入耦合到所述天线中的后B个天线，使得所述第一传感器输入中的公共输入和所述第二传感器输入中的公共输入都耦合到公共天线。每个IC装置在每个传感器输入上接收反射信号，且基于本地振荡器(LO)信号将所述反射信号混合到相关联基带信号。每个LO信号具有不同相移。所述LO信号基于公共LO信号。

Description

级联传感器中的本地振荡器漂移估计和补偿系统及方法
技术领域
本公开大体上涉及汽车雷达系统，且更具体地说，涉及汽车雷达系统中的级联传感器中本地振荡器(LO)漂移估计和补偿。
背景技术
雷达系统在汽车行业中变得越来越常见，其例如用作用于辅助停车、自动巡航控制速度调整(自适应巡航控制)、行车间隔警报、碰撞警告和缓解以及制动支持的传感器。雷达系统通过从发射天线发射电磁波(例如，脉冲)并测量在接收传感器处检测反射信号所消耗的时间来执行检测和测距。反射信号到达障碍且被反射回所消耗的时间量提供所述障碍距雷达系统的范围的指示。
调频连续波雷达(FMCW)系统发射系列脉冲(检测信号)以获得雷达系统周围空间的时间分辨范围分布。每个检测信号包括在一段时间内在初始频率与最终频率之间变化的连续电磁信号。检测信号的带宽为初始频率与最终频率之间的差。检测信号在FMCW雷达系统周围的检测空间中从对象反射。由FMCW雷达系统的接收器检测反射信号。
发明内容
一种调频连续波(FMCW)雷达系统可包括具有(C＝A+B-1)天线的天线阵列、包括A个第一传感器输入的第一集成电路(IC)装置，以及包括B个第二传感器输入的第二IC装置。所述第一传感器输入可耦合到所述天线中的前A个天线，且所述第二传感器输入可耦合到所述天线中的后B个天线，使得所述第一传感器输入中的公共输入和所述第二传感器输入中的公共输入都耦合到公共天线。每个IC装置可在每个传感器输入上接收反射信号，且基于本地振荡器(LO)信号将所述反射信号混合到相关联基带信号。每个LO信号可具有不同相移。所述LO信号可基于公共LO信号。
所述FMCW雷达系统可包括处理器，所述处理器被配置成接收所述基带信号，基于所述公共基带信号而确定所述相移之间的差，且基于所述相移之间的所述差而校正多组基带信号中的至少一组。
在确定所述相移之间的所述差时，所述处理器可另外被配置成确定第一公共基带信号与第二公共基带信号之间的延迟时间。
在校正所述多组基带信号中的所述至少一组时，所述处理器可另外被配置成将第一基带信号和第二基带信号中的所述至少一个延迟所述延迟时间。
所述IC装置可另外被配置成将所述基带信号数字化，其中输出所述基带信号可包括输出数字化信号。
所述处理器可另外被配置成对所述数字化基带信号执行快速傅里叶变换(FFT)，以获得包括与所述公共传感器输入相关联的公共变换后信号的变换后信号。
在确定所述相移之间的所述差时，所述处理器可另外被配置成确定频域中的公共第一变换后信号与公共第二变换后信号之间的复杂相移。
在校正所述多组基带信号中的所述至少一组时，所述处理器可另外被配置成基于所述复杂相移而使多组变换后基带信号中的至少一组变换后基带信号的相位移位。
所述第一IC装置可另外被配置成生成所述第一LO信号，且所述第二IC装置可另外被配置成从所述第一IC装置接收所述第二LO信号。
所述天线阵列的所述天线可布置成线，且每个天线与下一个天线间隔开λ/2或更多的距离，其中λ为所述FMCW雷达系统的FMCW线性调频脉冲的载波的波长。
根据一种实施方式，一种调频连续波(FMCW)雷达系统包括：
天线阵列，所述天线阵列包括C个天线，其中(C＝A+B-1)，且其中A、B和C为大于一的整数；
第一集成电路(IC)装置，所述第一IC装置包括A个第一传感器输入，每个第一传感器输入耦合到所述天线中的前A个天线，所述第一IC装置被配置成在每个第一传感器输入上接收相关联第一反射信号，基于第一本地振荡器(LO)信号将所述第一反射信号混合到相关联第一基带信号，且输出所述第一基带信号，其中所述第一LO信号具有第一相移；以及
第二IC装置，所述第二IC装置包括B个第二传感器输入，每个第二传感器输入耦合到所述天线中的后B个天线，使得所述第一传感器输入中的公共输入和所述第二传感器输入中的公共输入都耦合到公共天线，所述第二IC装置被配置成在每个第二传感器输入上接收相关联第二反射信号，基于第二本地振荡器(LO)信号将所述第二反射信号混合到相关联第二基带信号，且输出所述第二基带信号，其中所述第二LO信号具有第二相移，其中所述第一LO信号和所述第二LO信号基于公共LO信号，并且其中公共第一基带信号与公共第一传感器输入相关联，且公共第二基带信号与公共第二传感器输入相关联。
在一个或多个实施方式中，所述FMCW雷达系统另外包括：
处理器，所述处理器被配置成接收所述第一基带信号和所述第二基带信号，基于所述公共第一基带信号和所述公共第二基带信号而确定所述第一相移与所述第二相移之间的差，且基于所述第一相移与所述第二相移之间的所述差而校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的至少一个。
在一个或多个实施方式中，在确定所述第一相移与所述第二相移之间的所述差时，所述处理器另外被配置成确定所述第一公共基带信号与所述第二公共基带信号之间的延迟时间。
在一个或多个实施方式中，在校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个时，所述处理器另外被配置成使所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个延迟所述延迟时间。
在一个或多个实施方式中，
所述第一IC装置另外被配置成将所述第一基带信号数字化，其中输出所述第一基带信号包括输出包括与所述公共第一传感器输入相关联的公共第一数字化信号的第一数字化信号；并且
所述第二IC装置另外被配置成将所述第二基带信号数字化，其中输出所述第二基带信号包括输出包括与所述公共第二传感器输入相关联的公共第二数字化信号的第二数字化信号。
在一个或多个实施方式中，所述处理器另外被配置成对所述第一数字化基带信号执行快速傅里叶变换(FFT)以获得包括与所述公共第一数字化信号相关联的公共第一变换后信号的第一变换后信号，且对所述第二数字化基带信号执行所述FFT以获得包括与所述公共第二数字化信号相关联的公共第二变换后信号的第二变换后信号。
在一个或多个实施方式中，在确定所述第一相移与所述第二相移之间的所述差时，所述处理器另外被配置成确定频域中的公共第一变换后信号与所述公共第二变换后信号之间的复杂相移。
在一个或多个实施方式中，在校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个时，所述处理器另外被配置成基于所述复杂相移而使变换后第一基带信号和变换后第二基带信号中的至少一个的相位移位。
在一个或多个实施方式中，
所述第一IC装置另外被配置成生成所述第一LO信号；并且
所述第二IC装置另外被配置成从所述第一IC装置接收所述第二LO信号。
在一个或多个实施方式中，所述天线阵列的所述天线布置成线，且每个天线与下一个天线间隔开λ/2或更少的距离，其中λ为所述FMCW雷达系统的FMCW线性调频脉冲的载波的波长。
根据另一种实施方式，一种用于补偿调频连续波(FMCW)雷达系统的级联集成电路(IC)装置中的本地振荡器(LO)相移的方法包括：
提供所述FMCW雷达系统的天线阵列，所述天线阵列包括C个天线，其中(C＝A+B-1)，且其中A、B和C为大于一的整数；
将第一IC装置的第一传感器输入耦合到所述天线中的前A个天线；
在每个第一传感器输入上接收相关联第一反射信号；
在所述第一IC装置中基于第一本地振荡器(LO)信号将所述第一反射信号混合到相关联第一基带信号，其中所述第一LO信号具有第一相移，并且其中公共第一基带信号与公共第一传感器输入相关联；
从所述第一IC装置输出所述第一基带信号；
将第二IC装置的B个第二传感器输入耦合到所述天线中的后B个天线，使得所述第一传感器输入中的公共输入和所述第二传感器输入中的公共输入都耦合到公共天线；
在每个第二传感器输入上接收相关联第二反射信号；
在所述第二IC装置中基于第二本地振荡器(LO)信号将所述第二反射信号混合到相关联第二基带信号，其中所述第二LO信号具有第二相移，其中所述第一LO信号和第二LO信号基于公共LO信号，并且其中公共第二基带信号与所述公共第二传感器输入相关联；以及从所述第二IC装置输出所述第二基带信号。
在一个或多个实施方式中，所述方法另外包括：
由所述FMCW雷达系统的处理器接收所述第一基带信号和所述第二基带信号；
由所述处理器基于所述公共第一基带信号和所述公共第二基带信号而确定所述第一相移与所述第二相移之间的差；以及
由所述处理器基于所述第一相移与所述第二相移之间的所述差而校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的至少一个。
在一个或多个实施方式中，在确定所述第一相移与所述第二相移之间的所述差时，所述方法另外包括：
由所述处理器确定第一公共基带信号与第二公共基带信号之间的延迟时间。
在一个或多个实施方式中，在校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个时，所述方法另外包括：
由所述处理器将所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个延迟所述延迟时间。
在一个或多个实施方式中，所述方法另外包括：
由所述第一IC装置将所述第一基带信号数字化，其中输出所述第一基带信号包括输出包括与所述公共第一传感器输入相关联的公共第一数字化信号的第一数字化信号；以及
由所述第二IC装置将所述第二基带信号数字化，其中输出所述第二基带信号包括输出包括与所述公共第二传感器输入相关联的公共第二数字化信号的第二数字化信号。
在一个或多个实施方式中，所述方法另外包括：
由所述处理器对所述第一数字化基带信号执行快速傅里叶变换(FFT)以获得包括与所述公共第一数字化信号相关联的公共第一变换后信号的第一变换后信号；以及
由所述处理器对所述第二数字化基带信号执行所述FFT以获得包括与所述公共第二数字化信号相关联的公共第二变换后信号的第二变换后信号。
在一个或多个实施方式中，在确定所述第一相移与所述第二相移之间的所述差时，所述方法另外包括：
由所述处理器确定频域中的公共第一变换后信号与所述公共第二变换后信号之间的复杂相移。
在一个或多个实施方式中，在校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个时，所述方法另外包括：
由所述处理器基于所述复杂相移而使变换后第一基带信号和变换后第二基带信号中的至少一个的相位移位。
在一个或多个实施方式中，所述方法另外包括：
由所述第一IC装置生成所述第一LO信号；以及
由所述第二IC装置从所述第一IC装置接收所述第二LO信号。
根据一种实施方式，一种调频连续波(FMCW)雷达系统包括：
发射器，所述发射器被配置成提供多个FMCW线性调频脉冲；
以及
接收器，所述接收器包括：
天线阵列，所述天线阵列包括C个天线，其中(C＝A+B-1)，且其中A、B和C为大于一的整数；
第一集成电路(IC)装置，所述第一IC装置包括A个第一传感器输入，每个第一传感器输入耦合到所述天线中的前A个天线，所述第一IC装置被配置成在每个第一传感器输入上接收与所述FMCW线性调频脉冲相关联的相关联第一反射信号，基于第一本地振荡器(LO)信号将所述第一反射信号混合到相关联第一基带信号，且输出所述第一基带信号，其中所述第一LO信号具有第一相移；
以及
第二IC装置，所述第二IC装置包括B个第二传感器输入，每个第二传感器输入耦合到所述天线中的后B个天线，使得所述第一传感器输入中的公共输入和所述第二传感器输入中的公共输入都耦合到公共天线，所述第二IC装置被配置成在每个第二传感器输入上接收与所述FMCW线性调频脉冲相关联的相关联第二反射信号，基于第二本地振荡器(LO)信号将所述第二反射信号混合到相关联第二基带信号，且输出所述第二基带信号，其中所述第二LO信号具有第二相移，其中所述第一LO信号和所述第二LO信号基于公共LO信号，并且其中公共第一基带信号与所述公共第一传感器输入相关联，且公共第二基带信号与所述公共第二传感器输入相关联。
附图说明
应了解，为图示简单和清晰起见，图中示出的元件未必按比例绘制。举例来说，一些元件的尺寸相对于其它元件而放大。参照本文所呈现的附图来示出和描述并有本公开的教示的实施例，在附图中：
图1是根据本公开的实施例的雷达系统的框图；
图2示出现有技术的各种级联雷达系统；
图3和4是现有技术的雷达系统的框图；
图5是根据本公开的实施例的雷达系统的框图；
图6是示出根据本公开的实施例的用于在雷达系统中的级联传感器中本地振荡器(LO)漂移估计和补偿的方法的流程图；并且
图7示出根据本公开的实施例的包括雷达系统的汽车。
在不同的附图中使用相同的附图标记指示类似或相同的物件。
具体实施方式
提供结合附图的以下描述以辅助理解本文中公开的教示。以下论述将集中于教示的具体实施方案和实施例。提供这种集中来帮助描述所述教示，而不应被解释为对所述教示的范围或适用性的限制。然而，本申请中当然也可以使用其它教示。
在此ID中，我们提出一种使用具有共享LO输入和输出端口的MMIC来估计并补偿级联系统中的主IC和从IC之间的LO相位差的技术。在测量之后，可对两组IF信号中的一组补偿系统LO相位偏移，以使得所得组的2×4RX信号不含LO偏移。所述概念可扩展到任何数量的从装置。
图1示出雷达系统110，所述雷达系统110被配置成提供对在雷达系统周围的空间100中对象120的检测和测距。雷达系统110为MIMO雷达系统，包括多个发射天线和多个接收天线。雷达系统110被配置成在每个发射天线上发射一系列已编码检测信号，以从对象120接收反射信号，且确定到对象的范围和到对象的入射角。雷达系统110的角分辨率与总天线孔径直接相关，所述总天线孔径由接收天线的数量和所述接收天线相对于彼此的定位确定。
为了避免角度响应中所谓的栅瓣(即，在某些角位处的错误目标检测)，雷达系统110的接收天线通常位于间隔λ/2距离或更少距离处，其中λ为检测信号的载波信号的波长，也就是说，与检测信号的中间频率相关联的波长。典型MIMO雷达系统可具有在6至10λ的范围内的孔径，所述孔径与天线放置的λ/w标准组合，产生12至20个接收天线的天线阵列。将理解，在实践中，可按需要或期望来采用大于λ/2的距离。
来自每个接收天线的检测信号由模拟-数字转换器(ADC)降频转换成中频(IF)基带频率并转化成数字域，随后被进一步处理以确定对象120的距离信息、速度信息和入射角信息。在特定实施例中，雷达系统110使用一个或多个射频(RF)集成电路(IC)或单片微波集成电路(MMIC)实施。此处，特定IC或MMIC可提供具有多个发射信道的发射(TX)能力，可提供具有多个接收信道的接收(RX)能力，或可提供发射和接收(TX/RX)能力。通过利用各种IC和MMIC，雷达系统110的设计者可按需要或期望调整设计。
图2示出类似于雷达系统100的级联雷达系统200和250的各种实施例。雷达系统200和140利用发射IC 202和一个或多个接收IC 204来进行设计。例如，发射IC 202可被配置成包括两个发射信道并提供本地振荡器(LO)信号的输出，并且接收IC 204可被配置成包括四个接收信道并提供来自发射IC的LO信号的输入。雷达系统200具有带有六个天线的天线阵列206。天线阵列206包括两个发射天线以从发射IC 202的两个发射信道发射检测信号，且包括四个接收天线以从接收IC 204的四个接收信道接收反射信号。接收IC 204从发射IC 202接收LO信号。雷达系统250具有带有13个天线的天线阵列256。天线阵列146包括单个发射天线以从发射IC 202的发射信道中的一个发射检测信号，且包括12个接收天线。此处，四个接收天线连接到第一接收IC 204A，四个接收天线连接到第二接收IC 204B，并且四个接收天线连接到第三接收IC 204C。接收IC 204A、204B和204C各自从发射IC 202接收LO信号。应理解，按需要或期望，发射IC 202将包括其它连接和接口(未示出)，例如，晶体或时钟输入、用于使发射IC的操作与一个或多个接收IC 204同步的一个或多个同步信号，以及其它输入或输出。应理解，按需要或期望，接收IC 204将包括其它连接和接口(未示出)，例如，一个或多个RF信号输出、一个或多个IF信号输出，例如其中接收IC包括用于将来自接收信道的接收信号混合到IF频率的降频转换器；一个或多个数据输出，例如其中接收IC包括用于将IF信号数字化的ADC；用于使接收IC的操作与发射IC 202和其它接收IC(如果存在)同步的一个或多个同步信号；以及其它输入或输出。
图3示出类似于雷达系统100的雷达系统300。雷达系统300包括第一发射/接收IC310、第二发射/接收IC 320和信号处理IC 340。发射/接收IC 310和320表示RF IC或MMIC，按需要或期望，所述RF IC或MMIC可能有更多不同的指定。发射/接收IC 310和320各自包括至少一个发射信道和至少四个接收信道。IC 310的发射信道连接到发射天线312，且IC 310的四个接收信道连接到四个接收天线的天线阵列314。具体地说，天线阵列314的四个接收天线从左到右指定为RX(M.1)、RX(M.2)、RX(M.3)和RX(M.4)，且每个天线位于与下一个天线间隔λ/2处，如上文所描述。类似地，IC 320的发射信道连接到发射天线322，且IC 320的四个接收信道连接到四个接收天线的天线阵列324。具体地说，天线阵列324的四个接收天线从左到右指定为RX(S.1)、RX(S.2)、RX(S.3)和RX(S.4)，且每个天线位于与下一个天线间隔λ/2处。此外，天线RX(M.4)位于与天线RX(S.1)间隔λ/2处，使得天线阵列314和324的天线一起被配置为八个天线的单个接收天线阵列330。
IC 310另外包括时钟或晶体输入，在所示例子中，晶体连接到所述时钟或晶体输入。IC 310利用晶体作为输入以导出LO信号。从晶体导出的LO信号在IC 310内部用于生成待在发射天线312上发射的检测信号，且在将来自接收天线阵列314的检测到的信号降频转换成基带频率时被利用。LO信号还被提供到IC 310的LO输出(LO_OUT)。在这点上，IC 310可被称为“主”IC。IC 320包括用于从IC 310接收LO信号的LO输入(LO_IN)。在这点上，IC 320可被称为“从”IC。来自LO_IN的LO信号在IC 320内部用于生成待在发射天线322上发射的检测信号，且在将来自接收天线阵列324的检测到的信号降频转换成基带频率时被利用。IC310包括chirp_start输出，所述chirp_start输出被提供到IC 320的chirp_start输入以使利用IC 310的检测信号的启动与利用IC 320的检测信号的启动同步。生成FMCW检测信号和检测到的信号的降频转换的细节在所属领域中是已知的，且除非需要示出当前实施例，将不在本文中另外描述。
IC 310另外利用晶体以导出40MHz时钟，所述40MHz时钟用于IC中的ADC将来自天线阵列314的降频转换后的检测到的信号数字化的操作。IC 310包括连接到IC 320的40MHz输入的40MHz输出，所述40MHz输出用于IC 320中的ADC将来自天线阵列324的降频转换后的检测到的信号数字化的操作，且用于使IC 310和320中的ADC的数字化操作同步。IC 310和320各自包括高速数字通信接口，用于将来自相应天线阵列314和324的数字化检测到的信号传送到处理IC 340以供处理。按需要或期望，高速数字通信接口的例子可包括移动行业处理器接口(MIPI)相机串行接口-2(CSI-2)、低电压差动信令(LVDS)接口等。将检测到的信号数字化和经由数字通信接口传送数字化信号的细节是所属领域中已知的，且除非需要示出当前实施例，将不在本文中另外描述。IC310和320各自包括连接到处理IC 340的低速数字通信接口，由此处理IC 340与IC 310和320通信以设置IC 310和320的操作参数、监测IC310和320的操作，并且按需要或期望修改IC 310和320的操作参数。按需要或期望，低速数字通信接口的例子可包括串行外围接口(SPI)等。经由低速数字通信接口管理和控制IC的细节是所属领域中已知的，且除非需要示出当前实施例，将不在本文中另外描述。
处理IC 340表示数字信号处理装置，所述数字信号处理装置被配置成从来自IC310和320的数字化检测到的信号中提取对象检测、范围、速度和入射角信息。处理IC 130的例子可包括微控制器单元(MCU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)装置等。将数字化检测到的信号处理成对象检测、范围、速度和入射角信息的细节是所属领域中已知的，且除非需要示出当前实施例，将不在本文中另外描述。
本发明的发明人已理解，在雷达系统的设计中利用多个IC或MMIC的情况下，IC或MMIC之间的信号需要高度相位相干。具体地说，用于降频转换检测信号(LO信号)的信号不仅在每个IC或MMIC内而且在各个IC或MMIC之间应同相，以便减少在确定检测到的对象的入射角时的角误差。因此，用于降频转换检测信号(LO信号)的信号不仅在IC 310和320中的每一个内而且在IC之间应同相。在特定实施例中，IC 310和320表示相同指定的IC，例如，其中每个IC具有相同类型和零件编号，或其中IC具有不同类型但来自公共组件族。
此处，可例如通过设计规则或设计建议来指定IC 310和320的放置以及IC310与320之间的互连。此处，另外，IC 310和320可被配置成使得如果遵循指定放置和互连，则IC被设计成确保LO信号在IC内部使用时彼此同步，例如通过将已知持续时间的内部延迟提供到IC中的一个或另一个中的内部LO来使彼此同步。此处，来自IC 310的检测到的信号的相位相干性将理解为较高，也就是说，在指定容差内，来自IC 320的检测到的信号的相干性将理解为较高，并且来自IC 310的检测到的信号与来自IC320的检测到的信号之间的相干性也将理解为较高。因此，由雷达系统300示出的配置提供简单且紧凑的设计。
然而，即使具有此配置，并且甚至在遵循设计规则或设计建议的情况下，LO信号的相位相干性也可能不够。作为第一个问题，IC 310与IC 320之间以及IC与印刷电路板(PCB)或安装有IC的其它电路板之间的热变化可能导致每个IC使用的LO信号的未补偿退相干。此外，应理解，雷达系统300可表示具有多于一个从IC的雷达系统，并且其中从IC 310输出的LO_OUT被提供到两个或更多个从IC的LO_IN输入。此处，额外从IC可理解为放置在IC320的右侧。此处，另外，IC_130的LO_OUT输出与额外从IC的LO_IN输入之间的信号迹线将理解为长于IC 310与IC 320之间的信号迹线。此处，将看到每个额外从IC具有较长的迹线长度，且因此到每个额外IC的LO信号将理解为与IC 310使用的LO信号更异相。
图4示出类似于雷达系统100和300的雷达系统400。雷达系统400包括第一发射/接收IC 410、第二发射/接收IC 420和信号处理IC 440。发射/接收IC410和420表示RF IC或MMIC，按需要或期望，所述RF IC或MMIC可能有更多不同的指定。发射/接收IC 410和420各自包括至少一个发射信道和至少四个接收信道。IC 410的发射信道连接到发射天线412，且IC410的四个接收信道连接到四个接收天线的天线阵列414。具体地说，天线阵列414的四个接收天线从左到右指定为RX(M.1)、RX(M.2)、RX(M.3)和RX(M.4)，且每个天线位于与下一个天线间隔λ/2处，如上文所描述。类似地，IC 420的发射信道连接到发射天线422，且IC 420的四个接收信道连接到四个接收天线的天线阵列424。具体地说，天线阵列424的四个接收天线从左到右指定为RX(S.1)、RX(S.2)、RX(S.3)和RX(S.4)，且每个天线位于与下一个天线间隔λ/2处。此外，天线RX(M.4)位于与天线RX(S.1)间隔λ/2处，使得天线阵列414和424的天线一起被配置为八个天线的单个接收天线阵列430。
IC 410另外包括时钟或晶体输入，在所示例子中，晶体连接到所述时钟或晶体输入。IC 410利用晶体作为输入以导出LO信号。从晶体导出的LO信号被提供到IC 410的LO输出(LO_OUT)。因此，此处，IC410为主IC。IC 410另外包括用于接收LO信号的LO输入(LO_IN)。IC 410并不使用内部LO信号，而是利用来自LO输入的LO信号以生成待在发射天线412上发射的检测信号，且在将来自接收天线阵列414的检测到的信号降频转换成基带频率时利用所述LO信号。LO信号还被提供到IC 420的LO输入(LO_IN)。此处，IC 420为从IC。来自LO_IN的LO信号在IC 420内部用于生成待在发射天线422上发射的检测信号，且在将来自接收天线阵列424的检测到的信号降频转换成基带频率时被利用。IC 410包括chirp_start输出，所述chirp_start输出被提供到IC 420的chirp_start输入以使利用IC 410的检测信号的启动与利用IC 420的检测信号的启动同步。
IC 410另外利用晶体以导出40MHz时钟，所述40MHz时钟用于IC中的ADC将来自天线阵列414的降频转换后的检测到的信号数字化的操作。IC 410包括连接到IC 420的40MHz输入的40MHz输出，所述40MHz输出用于IC 420中的ADC将来自天线阵列424的降频转换后的检测到的信号数字化的操作，且用于使IC 410和420中的ADC的数字化操作同步。IC 410和420各自包括高速数字通信接口，用于将来自相应天线阵列414和424的数字化检测到的信号传送到处理IC 440以供处理。IC 410和420各自包括连接到处理IC 440的低速数字通信接口，由此处理IC 440与IC 410和420通信以设置IC 410和420的操作参数、监测IC 410和420的操作，并且按需要或期望修改IC 410和420的操作参数。处理IC 440表示数字信号处理装置，所述数字信号处理装置被配置成从来自IC 410和420的数字化检测到的信号中提取对象检测、范围、速度和入射角信息。
此处应注意，IC 410和420两者经由其相应LO输入使用来自IC 410的LO输出的公共LO信号。以此方式，由IC 410和420两者接收的LO信号具有公共相移，因为IC 410的LO输出(LO_OUT)与LO输入(LO_IN)之间的信号迹线的长度与IC 420的LO输出(LO_OUT)与LO输入(LO_IN)之间的信号迹线的长度相同。因此，两个信号迹线将经受公共热环境，使得IC 410的LO输入所经历的LO信号中的任何漂移将与IC 420的LO输入所经历的LO信号中的漂移相同。此处，IC对410和420可简化，因为对LO信号相位变化的内部补偿的需要可减少或消除。然而，此优点的代价是IC 410上有额外输出引脚来容纳LO输出(LO_OUT)。另外，在雷达系统400表示具有多于一个从IC的雷达系统的情况下，需要确保IC 410的LO输出(LO_OUT)与各种LO输入(LO_IN)之间的所有LO信号迹线与最长迹线一样长，从而使得PCB或其它电路板的部分较大，IC安装在所述较大部分上以用于LO信号迹线路由。另外，可能需要经由迂回路由来路由最靠近的IC的信号迹线，以确保到最靠近的IC的信号迹线的长度与到最远的IC的信号迹线一样长。
图5示出类似于雷达系统100、300和400的雷达系统500。雷达系统500包括第一发射/接收IC 510、第二发射/接收IC 520和信号处理IC540。发射/接收IC 510和520表示RFIC或MMIC，按需要或期望，所述RF IC或MMIC可能有更多不同的指定。发射/接收IC 510和520各自包括至少一个发射信道和至少四个接收信道。IC 510的发射信道连接到发射天线512，IC 510的四个接收信道中的三个连接到三个接收天线的天线阵列514，并且IC 510的第四接收信道连接到天线516。具体地说，天线阵列514的三个接收天线从左到右指定为RX(M.1)、RX(M.2)和RX(M.3)，且天线516指定为RX(M.4)/(S.1)，并且每个天线位于与下一个天线间隔λ/2处，如上文所描述。类似地，IC 320的发射信道连接到发射天线322，IC 320的四个接收信道中的第一个连接到天线516，并且IC 320的四个接收信道中的三个连接到三个接收天线的天线阵列324。具体地说，天线阵列524的三个接收天线从左到右指定为RX(S.2)、RX(S.3)和RX(S.4)，且每个天线位于与下一个天线间隔λ/2处。此外，天线RX(S.1)位于与天线RX(S.2)间隔λ/2处，使得天线阵列514、天线516和天线阵列524的天线一起被配置为七个天线的单个接收天线阵列530。
IC 510另外包括时钟或晶体输入，在所示例子中，晶体连接到所述时钟或晶体输入。IC 510利用晶体作为输入以导出LO信号。从晶体导出的LO信号在IC 510内部用于生成待在发射天线512上发射的检测信号，且在将来自接收天线阵列514的检测到的信号降频转换到基带频率时被利用。LO信号还被提供到IC 510的LO输出(LO_OUT)。在这点上，IC 510可被称为“主”IC。IC 520包括用于从IC 510接收LO信号的LO输入(LO_IN)。在这点上，IC 520可被称为“从”IC。来自LO_IN的LO信号在IC 520内部用于生成待在发射天线522上发射的检测信号，且在将来自接收天线阵列524的检测到的信号降频转换成基带频率时被利用。IC510包括chirp_start输出，所述chirp_start输出被提供到IC 520的chirp_start输入以使利用IC 510的检测信号的启动与利用IC 520的检测信号的启动同步。
IC 510另外利用晶体以导出40MHz时钟，所述40MHz时钟用于IC中的ADC将来自天线阵列514的降频转换后的检测到的信号数字化的操作。IC 510包括连接到IC 520的40MHz输入的40MHz输出，所述40MHz输出用于IC 520中的ADC将来自天线阵列524的降频转换后的检测到的信号数字化的操作，且用于使IC 510和520中的ADC的数字化操作同步。IC 510和520各自包括高速数字通信接口，用于将来自相应天线阵列514和524的数字化检测到的信号传送到处理IC 540以供处理。IC 510和520各自包括连接到处理IC 540的低速数字通信接口，由此处理IC 540与IC 510和520通信以设置IC 510和520的操作参数、监测IC 510和520的操作，并且按需要或期望修改IC 510和520的操作参数。处理IC 540表示数字信号处理装置，所述数字信号处理装置被配置成从来自IC 510和520的数字化检测到的信号中提取对象检测、范围、速度和入射角信息。
在特定实施例中，IC 510和520表示相同指定的IC，例如，其中每个IC具有相同类型和零件编号，或其中IC具有不同类型但来自公共组件族。因此，类似于雷达系统300，可例如通过设计规则或设计建议来指定IC 510和520的放置以及IC 510与520之间的互连。此处，天线516连接到接收信道RX(M.4)和接收信道RX(S.1)两者的事实使得IC 540接收两组四个数字化检测到的信号：来自IC 510的第一组(即，RX(M.1)-RX(M.4))和来自IC 520的第二组(即，RX(S.1)-RX(S.4))。然而，因为由IC 510中的接收信道RX(M.4)接收的反射信号也是由IC 520中的接收信道RX(S.1)接收的反射信号，所以如IC 540经历，来自RX(M.4)的数字化检测到的信号与来自RX(S.1)的数字化检测到的信号之间的任何相位差将不会理解为表示来自那些信道的反射信号中的实际相位差，但将替代地理解为表示IC 510中的LO信号与IC 520中的LO信号之间的相位差的估计。
此处，IC 540用于检测来自RX(M.4)的数字化检测到的信号与来自RX(S.1)的数字化检测到的信号之间的相位差，且用于补偿数字域中的相位差，由此对准来自IC 510和520的数字化检测到的信号。在特定实施例中，IC 540用于执行来自RX(M.4)和RX(S.1)的IF信号的时域相关性以在信号之间产生时间偏移，并且利用所述时间偏移来按需要校正值的集合。在另一实施例中，IC 540用于对从IC 510和520接收到的IF信号执行快速傅里叶变换(FFT)。FFT将产生与检测场中的对象相关联的预期频率峰。来自所有接收信道RX(M.1)-RX(M.4)和RX(S.1)-RX(S.4)的峰的频率将是相同的。此外，接收信道RX(M.1)-RX(M.4)之间的相位偏移将各自预期具有指示检测到的对象的入射角的相位偏移，接收信道RX(S.1)-RX(S.4)之间的相位偏移也将如此。然而，因为每个对象的反射信号在由接收信道RX(M.4)和由接收信道RX(S.1)接收时是相同的，所以每个对象(即，每个频率峰)的接收信道RX(M.4)与RX(S.1)之间的相位偏移表示相应IC 510和540中的LO信号中的相位偏移。此处，IC540利用接收信道RX(M.4)与RX(S.1)之间的相位偏移来按需要校正值的集合。
在特定实施例中，雷达系统500用于在初始操作中设置校正值(即，时域IF信号的时间偏移或频域信号的相位偏移)，例如，在雷达系统500的操作中的校准阶段期间设置校正值。然后，校正值可用于由IC 540进行的后续信号处理。在变化形式中，雷达系统500可例如在雷达系统500的操作中的正常操作阶段期间检测IC 510与520之间的温度差，并且可在温差超过阈值时重新计算校正值。在另一变化形式中，雷达系统500可周期性地设置校正值。例如，IC 540可被配置成以例如每秒、每500毫秒的预定速率或按需要或期望以另一预定速率重新计算校正值。此实施例可提供的优点在于，在IC 540的信号处理资源稀少的情况下，可减少计算校正值所需的额外处理。在另一实施例中，雷达系统500用于连续计算校正值。此处，在IC 540的信号处理资源较丰富的情况下，连续计算校正值所需的额外处理可能不会对IC造成过多负担。
应理解，可估计并按需要或期望校正多个IC之间的LO信号相位偏移。例如，在雷达系统包括各自具有四个接收通道的三个IC的情况下，则在第一IC与第二IC之间共享的单个天线可提供第一IC与第二IC之间的LO相位偏移的估计，且在第二IC与第三IC之间共享的单个天线可提供第二IC与第三IC之间的LO相位偏移的估计。可类似地估计并按需要或期望校正额外IC之间的LO相位偏移。应注意，理论虚拟孔径的雷达系统300和400将等于具有16(即，2(发射天线)×8(接收天线)＝16)个天线的等效SIMO雷达系统。相比而言，理论虚拟孔径的雷达系统500将等于具有14(即，2(发射天线)×7(接收天线)＝14)个天线的等效SIMO雷达系统。因而，雷达系统300和400的理论角分辨率大于雷达系统500的理论角分辨率。然而，在实践中，IC 510与520之间的LO信号相位差的较准确测量在由雷达系统500提供时可从较小理论虚拟孔径偏移任何分辨率损失。
图6示出在框600处开始的用于级联雷达系统中本地振荡器(LO)漂移估计和补偿的方法。在框602中，将单个天线连接到两个接收器IC的接收器输入。例如，在每个接收器IC包括四个接收器信道的情况下，七个天线的阵列可规定间隔开λ/2或更少的间距。此处，每个接收器IC上的接收器信道中的三个可连接到相关联天线。每个接收器IC的第四接收器信道可连接到共享天线。通常，七个天线的阵列的中间天线将为共享天线。
在框604中，在共享天线上接收反射FMCW线性调频脉冲。此处，级联雷达系统可包括一个或多个发射信道，所述发射信道在一个或多个单独发射IC上，或在第一接收器IC和第二接收器IC中的一个或两个上。发射信道可发射可在雷达系统的检测空间中从对象反射的已编码FMCW线性调频脉冲。反射FMCW线性调频脉冲可被共享天线检测到。
在框606中，将第一接收器IC接收到的FMCW线性调频脉冲与第一LO信号混合以获得第一IF信号，并将第一IF信号数字化。例如，第一接收器IC可生成第一LO信号，或可从另一外部源接收第一LO信号。所得IF信号将具有与第一LO信号的相移相关的相移。可使用ADC将第一IF信号数字化。
在框608中，将第二接收器IC接收到的FMCW线性调频脉冲与第二LO信号混合以获得第二IF信号，并将第二IF信号数字化。例如，第二接收器IC可生成第二LO信号，或可从另一外部源接收第二LO信号。所得IF信号将具有与第二LO信号的相移相关的相移。第一LO信号和第二LO信号可基于公共LO信号，例如，其中接收器IC中的一个生成公共LO信号，并将公共LO信号提供到另一接收器IC。可使用ADC将第二IF信号数字化。
在框610中，接收第一数字化IF信号和第二数字化IF信号。例如，数字信号处理IC可从第一接收器IC和第二接收器IC接收数字化IF信号。
在框612中，确定第一数字化IF信号与第二数字化IF信号之间的相位差。例如，数字信号处理IC可按需要或期望确定时域或频域中的相位差。
在框614中，在第一IC和第二IC中的一个IC的接收器输出中校正相位差，并且在框616中，方法结束。
图7示出包括一个或多个雷达系统710的汽车700。汽车700表示利用雷达系统以对象检测对象并提供与对象相关的范围、速度和入射角信息的任何种类的车辆。汽车700的例子可包括汽车、自动驾驶汽车、卡车、厢式货车、摩托车、多用途车辆、船、轮船、无人机、飞机、紧急服务车辆等。雷达系统710可按需要或期望与自动制动系统、自适应巡航控制系统、防撞系统或汽车700的另一系统通信以影响汽车的操作。雷达系统710可类似于本文所描述的雷达系统，且可根据本文所公开的教示操作。
虽然本文中已详细描述仅数个示例性实施例，但所属领域的技术人员将容易了解，在实质上不脱离本公开的实施例的新颖教示和优点的情况下，对示例性实施例的许多修改是可能的。因此，所有此类修改意图包括在如所附权利要求书中所限定的本公开的实施例的范围内。在权利要求书中，装置加功能条款(means-plus-function clause)意图涵盖在本文中描述为执行所列举的功能的结构，且不仅涵盖结构等效物而且涵盖等效结构。
上文所公开的主题应视为说明性而非限制性的，并且所附权利要求书意图涵盖落入本发明的范围内的所有此类修改、增强以及其它实施例。因此，在法律允许的最大程度上，本发明的范围由以下权利要求和其等效物的最广泛容许解释确定，并且不应受前述具体实施方式约束或限制。

Claims (10)

1.一种调频连续波(FMCW)雷达系统，其特征在于，包括：
天线阵列，所述天线阵列包括C个天线，其中(C＝A+B-1)，且其中A、B和C为大于一的整数；
第一集成电路(IC)装置，所述第一IC装置包括A个第一传感器输入，每个第一传感器输入耦合到所述天线中的前A个天线，所述第一IC装置被配置成在每个第一传感器输入上接收相关联第一反射信号，基于第一本地振荡器(LO)信号将所述第一反射信号混合到相关联第一基带信号，且输出所述第一基带信号，其中所述第一LO信号具有第一相移；以及
第二IC装置，所述第二IC装置包括B个第二传感器输入，每个第二传感器输入耦合到所述天线中的后B个天线，使得所述第一传感器输入中的公共输入和所述第二传感器输入中的公共输入都耦合到公共天线，所述第二IC装置被配置成在每个第二传感器输入上接收相关联第二反射信号，基于第二本地振荡器(LO)信号将所述第二反射信号混合到相关联第二基带信号，且输出所述第二基带信号，其中所述第二LO信号具有第二相移，其中所述第一LO信号和所述第二LO信号基于公共LO信号，并且其中公共第一基带信号与公共第一传感器输入相关联，且公共第二基带信号与公共第二传感器输入相关联。
2.根据权利要求1所述的FMCW雷达系统，其特征在于，另外包括：
处理器，所述处理器被配置成接收所述第一基带信号和所述第二基带信号，基于所述公共第一基带信号和所述公共第二基带信号而确定所述第一相移与所述第二相移之间的差，且基于所述第一相移与所述第二相移之间的所述差而校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的FMCW雷达系统，其特征在于，在确定所述第一相移与所述第二相移之间的所述差时，所述处理器另外被配置成确定所述第一公共基带信号与所述第二公共基带信号之间的延迟时间。
4.根据权利要求3所述的FMCW雷达系统，其特征在于，在校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个时，所述处理器另外被配置成使所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个延迟所述延迟时间。
5.一种用于补偿调频连续波(FMCW)雷达系统的级联集成电路(IC)装置中的本地振荡器(LO)相移的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供所述FMCW雷达系统的天线阵列，所述天线阵列包括C个天线，其中(C＝A+B-1)，且其中A、B和C为大于一的整数；
将第一IC装置的第一传感器输入耦合到所述天线中的前A个天线；
在每个第一传感器输入上接收相关联第一反射信号；
在所述第一IC装置中基于第一本地振荡器(LO)信号将所述第一反射信号混合到相关联第一基带信号，其中所述第一LO信号具有第一相移，并且其中公共第一基带信号与公共第一传感器输入相关联；
从所述第一IC装置输出所述第一基带信号；
将第二IC装置的B个第二传感器输入耦合到所述天线中的后B个天线，使得所述第一传感器输入中的公共输入和所述第二传感器输入中的公共输入都耦合到公共天线；
在每个第二传感器输入上接收相关联第二反射信号；
在所述第二IC装置中基于第二本地振荡器(LO)信号将所述第二反射信号混合到相关联第二基带信号，其中所述第二LO信号具有第二相移，其中所述第一LO信号和第二LO信号基于公共LO信号，并且其中公共第二基带信号与所述公共第二传感器输入相关联；以及
从所述第二IC装置输出所述第二基带信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，另外包括：
由所述FMCW雷达系统的处理器接收所述第一基带信号和所述第二基带信号；
由所述处理器基于所述公共第一基带信号和所述公共第二基带信号而确定所述第一相移与所述第二相移之间的差；以及
由所述处理器基于所述第一相移与所述第二相移之间的所述差而校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在确定所述第一相移与所述第二相移之间的所述差时，所述方法另外包括：
由所述处理器确定第一公共基带信号与第二公共基带信号之间的延迟时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在校正所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个时，所述方法另外包括：
由所述处理器将所述第一基带信号和所述第二基带信号中的所述至少一个延迟所述延迟时间。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，另外包括：
由所述第一IC装置生成所述第一LO信号；以及
由所述第二IC装置从所述第一IC装置接收所述第二LO信号。
10.一种调频连续波(FMCW)雷达系统，其特征在于，包括：
发射器，所述发射器被配置成提供多个FMCW线性调频脉冲；以及
接收器，所述接收器包括：
天线阵列，所述天线阵列包括C个天线，其中(C＝A+B-1)，且其中A、B和C为大于一的整数；
第一集成电路(IC)装置，所述第一IC装置包括A个第一传感器输入，每个第一传感器输入耦合到所述天线中的前A个天线，所述第一IC装置被配置成在每个第一传感器输入上接收与所述FMCW线性调频脉冲相关联的相关联第一反射信号，基于第一本地振荡器(LO)信号将所述第一反射信号混合到相关联第一基带信号，且输出所述第一基带信号，其中所述第一LO信号具有第一相移；以及
第二IC装置，所述第二IC装置包括B个第二传感器输入，每个第二传感器输入耦合到所述天线中的后B个天线，使得所述第一传感器输入中的公共输入和所述第二传感器输入中的公共输入都耦合到公共天线，所述第二IC装置被配置成在每个第二传感器输入上接收与所述FMCW线性调频脉冲相关联的相关联第二反射信号，基于第二本地振荡器(LO)信号将所述第二反射信号混合到相关联第二基带信号，且输出所述第二基带信号，其中所述第二LO信号具有第二相移，其中所述第一LO信号和所述第二LO信号基于公共LO信号，并且其中公共第一基带信号与所述公共第一传感器输入相关联，且公共第二基带信号与所述公共第二传感器输入相关联。
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