CN116804737A - Mimo雷达装置和mimo雷达方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及MIMO雷达装置和MIMO雷达方法。本公开涉及一种MIMO雷达装置，包括具有多个发射信道的发射机电路。发射机电路被配置为经由第一发射信道来发射FMCW雷达啁啾的第一序列，使得第一序列中的FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每个FMCW雷达啁啾的起始频率和/或停止频率彼此不同。发射机电路被配置为经由第二发射信道来发射FMCW雷达啁啾的第二序列，其中第二序列中的FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每个FMCW雷达啁啾的起始频率和/或停止频率彼此不同。FMCW雷达啁啾的第一和第二序列被同步发射。控制电路被配置为控制第一发射信道和第二发射信道，以根据预定义多普勒频分复用(DDM)方案来设置第一序列和第二序列中的FMCW雷达啁啾的相位。

Description

MIMO雷达装置和MIMO雷达方法
技术领域
本公开涉及雷达系统，并且，更具体地，涉及采用多个发射信道、一个或多个接收信道以及多个波形的MIMO(多输入多输出)雷达概念。
背景技术
汽车雷达以及诸如激光雷达、超声波和相机的其他环境传感器是自动驾驶汽车和高级驾驶员辅助系统(ADAS)的支柱之一。这些技术进步通过具有从雷达/传感器到一个或多个控制器的信号处理路径的复杂系统来实现。汽车雷达系统使得能够检测物体和障碍物、位置以及相对于车辆的速度。随着毫米波(mm-wave)半导体技术的进步，信号处理技术的发展在汽车雷达系统中起着关键作用。已开发了各种信号处理技术，以在所有测量维度上提供更好的分辨率和估算性能：距离、方位角仰角以及车辆周围的目标的速度。
例如，对于调频连续波(FMCW)雷达系统，已知通过对雷达混频器输出的样本执行多次快速傅里叶变换(FFT)来获得关于距离、速度和角度的信息。第一FFT(通常也被称为距离FFT)产生距离信息。第二FFT(通常也被称为多普勒FFT)通过经距离变换的样本而产生速度信息。第一和第二FFT产生包括距离和速度(FFT)仓的所谓的2D距离多普勒图。第三FFT涉及(虚拟)天线阵列的不同天线元件的信号的相位信息，该第三FFT可以产生附加的空间或角度信息，即，所谓的到达方向(DoA)信息。
MIMO(多输入多输出)被广泛用于通过物理地实现的多个发射机信道和多个接收机信道的组合合成虚拟接收机阵列来放大有效的雷达孔径尺寸。为了从有限的物理阵列合成虚拟阵列信息，将在每个接收机信道处从不同发射机接收的反射信号分离是MIMO技术中的重要程序。类似的重要程度在于标识每个接收机信道中的每个反射信号的对应发射机。
因此，需要可以具有高分辨率和对相应发射机的良好标识的大型虚拟阵列合成。
发明内容
该需求通过根据独立权利要求所述的MIMO雷达设备和方法来满足。其他有益的实施例由属权利要求解决。
根据第一方面，本公开提出了一种MIMO雷达装置。MIMO雷达装置包括发射机电路，该发射机电路包括多个发射信道。发射机电路被配置为经由第一发射信道来发射FMCW雷达啁啾(或斜坡)的第一序列(或帧)。第一序列中的FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每个的起始和/或停止频率彼此不同。此外，发射机电路被配置为经由第二发射信道来发射FMCW雷达啁啾的第二序列(或帧)。第二序列中的FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每个的起始和/或停止频率彼此不同。发射机电路被配置为同步(同时)发射FMCW雷达啁啾的第一和第二序列。MIMO雷达装置还包括控制电路，其被配置为控制第一发射信道和第二发射信道，以根据预定义多普勒频分复用(DDM)方案来设置第一序列和第二序列中的FMCW雷达啁啾的相位。
常规地，啁啾序列内的每个FMCW雷达啁啾的起始和停止频率相同。然而，本公开的实施例提出在啁啾序列内改变起始和/或停止频率。这可以增加有效调制带宽，从而实现具有更长可检测距离的更高距离分辨率。
在DDM中，由不同发射信道同步发射的FMCW雷达啁啾被调制为不同的相位序列，使得相应的接收信号可以基于相应的相位序列在接收机中分离/解码。在实施例中，第一序列和第二序列中根据DDM方案设置的FMCW雷达啁啾的相应相位可以在完整的FMCW啁啾时段(间隔)内保持不变，而对于接下来的FMCW啁啾时段，可以根据DDM方案来设置相应的新相位，并且在完整的FMCW啁啾时段等内保持不变。因此，DDM方案可以是啁啾的DDM方案，其中发射信道特定的相位设置在FMCW啁啾的完整时段内保持，然后可以专门针对下一啁啾而改变发射信道。DDM有时也被称为码分多址(CDM)。受益于本公开的技术人员将理解，实施例不限于第一和第二发射信道。可以使用任意数目的发射信道。具体地，一些实施例提出了三个发射信道。
在一些实施例中，MIMO雷达装置的控制电路被配置为控制第一和第二发射信道，使得第一和第二序列中的相应FMCW雷达啁啾在相应的起始和停止频率之间具有相等的相应持续时间和/或相等的相应频率带宽。因此，第一序列中的FMCW雷达啁啾和第二序列中同步发射的FMCW雷达啁啾可以具有相等的持续时间和/或相等的带宽。更具体地，第一序列中的FMCW雷达啁啾和第二序列中同步发射的FMCW雷达啁啾可以具有相等的相应的起始和停止频率。换言之，控制电路可以被配置为控制第一和第二发射信道，以使得第一序列和第二序列中的相应同步FMCW雷达啁啾具有相同的起始和停止频率。然而，相应的起始和停止频率可能在FMCW雷达啁啾序列之内或期间改变。
在一些实施例中，控制电路被配置为控制第一和第二发射信道，使得第一序列中的后续FMCW雷达啁啾的每个后续对的起始频率相差预定义频率偏移，并且第二序列中的后续FMCW雷达啁啾的每个后续对的起始频率相差相同的预定义频率偏移。因此，每个序列中的后续FMCW雷达啁啾的起始频率可以相对于先前FMCW雷达啁啾增加或减少预定义频率偏移。换言之，控制电路可以被配置为控制第一和第二发射信道，使得第一序列和第二序列中的后续FMCW雷达啁啾的每个后续对的起始频率增加或减少预定义频率偏移。这可以增加有效频率调制带宽，并且因此增加可实现的距离分辨率。
根据预定义DDM方案，控制电路可以被配置为向每个发射信道分配唯一相位序列，唯一相位序列被应用于相应发射信道的相应FMCW啁啾序列。因此，每个发射信道具有其唯一的专用相位序列。在接收机侧，然后不同的发射信道可以基于相应发射信道特定的相位序列来标识。如前所述，应用于FMCW啁啾的相位可以被理解为在FMCW啁啾的持续时间期间保持恒定的初始相位偏移。然而，FMCW啁啾的序列内的不同FMCW啁啾的相位(或相位偏移)可以变化。
在一些实施例中，控制电路被配置为从M进制相位调制字母表中选择针对预定义DDM方案的相位，其中M≥2且为整数。这意味着针对FMCW啁啾的不同相位可以选自有限数目的M个备选相位。调制字母表的示例将是BPSK(二进制相移键控)、QPSK(四进制相移键控)、8-PSK等。具体地，BPSK可能是有用的。这可以减少接收机侧的模糊性。
在一些实施例中，控制电路被配置为将第一预定义相位分配给第一序列中的FMCW啁啾。例如，第一预定义相位可以是例如0°或180°的恒定相位，并且可以被应用于第一序列中的每个FMCW啁啾(例如，FMCW啁啾的第一序列没有相位调制)。此外，控制电路可以被配置为将第一相位和不同的第二相位分配给第二序列中的FMCW啁啾。例如，如果第一相位为0°，则第二相位可以为180°。例如，如果第一相位为180°，则第二相位可以为0°。第一和第二相位之间180°的相位差可能是有用的。例如，第一相位和第二相位可以被交替地分配给第二序列中的后续FMCW啁啾(例如，0°|180°|0°|180°|…)。然而，也可以考虑其他相位模式(例如，0°|0°|180°|180±|0°|180°|180°|…)。第一和第二序列中同步(同时)发射的FMCW啁啾具有预定义相位差。预定义相位差可以包括第一和第二预定义相位差。例如，如果第一和第二序列中同步发射的FMCW啁啾均使用第一相位，则第一预定义相位差可以是0°。另一方面，如果第一和第二序列中同步发射的FMCW啁啾使用第一和第二相位中的另一相位，则第二预定义相位差可以是180°。
在一些实施例中，控制电路被配置为将第一相位分配给第二序列中的第一FMCW啁啾，并且将第二相位分配给第二序列中的后续第二FMCW啁啾(例如，0°|180°|…)，而第一序列中的两个连续FMCW啁啾利用第一相位来发射(例如，0°|0°|…)。这对应于第一序列中的FMCW啁啾一致使用第一相位，并且第二序列中的FMW啁啾交替使用第一和第二相位。以此方式，第一和第二发射信道可以在接收机侧被标识和分离。
在一些实施例中，控制电路被配置为将第一相位序列分配给FMCW啁啾的第一序列。第一相位包括第一相位值(例如，0°)或第二相位值(例如，180°)，其中第一相位值和第二相位值相差180°。因此第一和第二相位中的一个可以被应用于FMCW啁啾的第一序列。此外，控制电路可以被配置为将第二相位序列分配给FMCW啁啾的第二序列。第二相位包括第三相位值(例如，0°或45°)和第四相位值(例如，180°或225°)，其中第三相位值和第四相位值相差180°。因此第一和第二相位值中的仅一个可以被应用于FMCW啁啾的第一序列，而第三和第四相位值两者可以被应用于FMCW啁啾的第二序列。第一相位值和第二相位值中的至少一个可以不同于第三和第四相位值中的每一个。备选地，第一或第二相位值中的至少一个可以与第三相位值相同。因此，在一些实施例中，不同的发射信道可以采用不同的二进制相位调制字母表。
在一些实施例中，MIMO雷达装置的发射机电路附加地包括第三发射信道，并且被配置为经由第三发射信道来发射FMCW雷达啁啾的第三序列，使得第三序列中的FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每一个的起始和/或停止频率彼此不同。因此，第三序列中的FMCW雷达啁啾的起始和/或停止频率可以与第一和第二序列中的FMSW雷达啁啾的起始和/或停止频率类似或相同地改变。控制电路可以被配置为将所应用的第一相位(例如，0°)分配给第一序列中的每个FMCW雷达啁啾。控制电路可以被配置为将所应用的第二相位序列分配给第二序列中的FMCW雷达啁啾，其中以第二发射信道特定的时间顺序，第二相位序列包括第一相位(例如，0°)和不同的第二相位(例如，180°)。第一相位和第二相位可以相差180°。此外，控制电路可以被配置为将所应用的第三相位序列分配给第三序列中的FMCW雷达啁啾，其中以第三发射信道特定的时间顺序，第三相位序列包括第一相位(例如，0°)和第二相位(例如180°)。第三发射信道特定的时间顺序可以不同于第二发射信道特定的时间顺序。因此，可以针对三个发射信道采用二进制DDM方案。这可以在目标标识方面产生良好的性能。
在一些实施例中，控制电路被配置为在第一序列中的两个连续FMCW啁啾以第一相位(例如，0°|0°)被发射时，将第一相位分配给第二序列中的第一FMCW啁啾，并将第二相位分配给第二序列中的后续第二FMCW啁啾(例如，0°|180°)。此外，控制电路可以被配置为在第一序列中的四个连续FMCW啁啾以第一相位(例如，0°|0°|0°|0°)被发射时，将第一相位分配给第三序列中的两个连续FMW雷达啁啾，随后将第二相位分配给第三序列中的另外两个连续FMCW雷达啁啾(例如，0°|0°|180°|180)。
在一些实施例中，MIMO雷达装置还可以包括具有至少一个接收机信道的接收机电路。至少一个接收机信道被配置为接收与FMCW雷达啁啾的第一序列和FMCW雷达啁啾的第二序列(以及可选的FMCW雷达啁啾的第三序列)的反射相对应的接收信号。因此，所有同步发射的FMCW雷达啁啾序列的反射可以在接收机天线处叠加。在一些实施例中，多于一个的接收机天线(接收机信道)可以被应用于接收机侧处。
在一些实施例中，接收机电路被配置为执行接收信号(接收机信道)的第一FFT(距离FFT)来生成多个第一FFT仓(距离仓)。接收机电路还可以被配置为使用第一仓(距离仓)执行第二FFT(多普勒FFT)来生成多个第二FFT仓(多普勒仓)。接收机电路还可以被配置为将第一和第二仓组合来获得(每个接收信道)多个发射信道的组合距离多普勒图。组合距离多普勒图包括与来自不同发射信道的所有FMCW雷达啁啾序列有关的组合距离多普勒信息。该组合距离多普勒信息可以通过考虑预定义DDM方案来分离，并且与每个发射信道相关联。
在一些实施例中，接收机电路被配置为基于评估多个第二仓(多普勒仓)的振幅和/或相互距离来标识每个发射信道，多个第二仓(多普勒仓)与组合距离多普勒图的相同第一仓(距离仓)相关联。因此，不同的发射信道可以基于信号振幅超过特定阈值的第二FFT仓之间的距离来标识。例如，至少一个发射信道的DDM相位模式可以使目标出现在两个第二FFT仓(与相同的第一FFT仓相关联)中，这两个第二FFT仓以与预定相位差相对应的预定义仓距离分离。例如，预定相位差为90°，对应于Nr/2的仓距离，其中Nr表示序列内FMCW雷达啁啾的数目。
在一些实施例中，接收机电路被配置为基于具有与预定义多普勒频分复用方案相关联的预定相位差相对应相互仓距离的第二仓对来标识多个发射信道中的第一个；以及基于与相同的第一仓相关联的剩余第二仓的振幅来标识多个发射信道中的至少第二个。
根据另一方面，本公开提出了一种MIMO雷达方法。该方法包括：
经由第一发射信道来发射FMCW雷达啁啾的第一序列，使得第一序列中的FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每一个的起始和/或停止频率彼此不同，
经由第二发射信道来发射FMCW雷达啁啾的第二序列，其中第二序列中的FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每一个的起始和/或停止频率彼此不同，
其中FMCW雷达啁啾的第一和第二序列被同步发射；以及
控制第一和第二发射信道，以根据预定义多普勒频分复用方案来设置第一序列和第二序列中的FMCW雷达啁啾的相位。
在一些实施例中，第一和第二序列中的相应后续FMCW雷达啁啾的起始和停止频率增加或减少预定义频率偏移。
附图说明
以下将通过仅作为示例的方式、参考附图来描述装置和/或方法的一些示例，在附图中：
图1示出了常规雷达信号处理链的框图；
图2示出了使用FMCW雷达的2D联合距离多普勒估算；y轴的数值索引为英里/小时，而x轴的数值索引以米为单位；
图3图示了使用均匀线性天线阵列的方位角估算；
图4图示了虚拟阵列合成的概念；
图5A示出了时分多址(TDMA)MIMO雷达发射方法；
图5B示出了码分多址(CDMA)MIMO雷达发射方法；
图6示出了包括FMCW雷达啁啾的常规序列的FMCW雷达信号；
图7A示出了根据本公开的实施例的MIMO雷达装置；
图7B示出了根据本公开的实施例的包括FMCW雷达啁啾的阶跃序列的FMCW雷达信号；
图8A图示了根据本公开的实施例的包括FMCW雷达啁啾的阶跃序列的FMCW雷达信号；
图8B图示了根据本公开的实施例的针对不同发射信道的相位调制矢量；
图9示出了根据实施例的用于阶跃型DDM MIMO雷达发射概念的接收机程序；
图10图示了DDM MIMO雷达发射对多普勒频谱的影响；以及
图11图示了可以利用所提出的FMCW雷达啁啾的阶跃序列实现的改进的距离分辨率。
具体实施方式
现在将参考图示有一些示例附图来更充分地描述各种示例。在图中，线、层和/或区域的厚度可以为了清楚起见而被夸大。
因此，虽然进一步的示例容许各种修改和备选形式，其一些特定示例在图中被示出并且随后将详细描述。然而，该详细描述不将其他示例限制于所描述的特定形式。其他示例可以涵盖落入本公开范围内的所有修改、等同和备选。贯穿附图的说明，相同或类似的附图标记指代相同或相似的元件，当彼此比较时，这些元件可以相同或以修改的形式实现，同时提供相同或相似功能。
应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，这些元件可以直接连接或耦合，或者经由一个或多个中间元件被连接或耦合。如果使用“或者”组合两个元件A和B，则应理解为公开了所有可能的组合(即，如果没有明确或隐含地定义，则仅A、仅B以及A和B)。相同组合的备选措辞是“A和B中的至少一个”或者“A和/或B”。加以必要的修改，这同样适用于两个以上元件的组合。
本文中用于描述特定示例的术语不旨在限制其他示例。每当使用单数形式(诸如“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”)并且仅使用单个元件既不明确也不隐含地定义为强制性时，其他示例也可以使用多个元件来实现相同的功能。同样，当随后将功能描述为使用多个元件来实现时，其他示例可以使用单个元件或处理实体来实现相同的功能。将进一步理解，术语“包括(comprises、comprising、includes和/或including)”在使用时指定了所述特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元件、部件和/或其任何组。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)均为示例所属领域的普通含义。
图1示出了常规雷达信号处理链100的框图。
射频(RF)收发机前端110被用于生成可以经由一个或多个发射天线112发射的发射(Tx)雷达信号。雷达信号可以介于3MHz至300GHz的频带内。汽车雷达系统通常在被称为毫米波频率的电磁频谱的24GHz和77GHz部分的频带下操作，使得可以实现适当的速度和距离分辨率。一个或多个接收(Rx)天线114被用于接收从目标反射的电磁波(雷达信号)。雷达操作包括距离(range以及distance)、相对速度以及可能的方向估算。当在接收天线阵列中使用一个以上的接收天线时，可以实现方向估算。使用多个发射天线和多个接收天线的雷达系统通常被称为MIMO雷达。为了获得合适的发射天线间距，多输入多输出(MIMO)雷达可以模仿更大孔径的相控阵雷达。该较大的阵列可以被称为虚拟阵列。
RF收发机前端110下游的距离处理器120被配置为执行距离估算。离目标的距离R可以基于电磁波传播到目标和从目标传播所消耗的往返时间延迟来确定：R＝(cτ/2)，其中τ是以秒为单位的往返时间，并且c是以米每秒为单位的光速。因此，对τ的估算使得能够进行距离测量。例如，脉冲调制连续波(CW)可以包括周期性短功率脉冲以及静默时段。静默时段允许雷达接收反射信号，并且起到用于雷达的定时标记的作用，以执行距离估算。利用使用调频(FM)CW脉冲的脉冲雷达配置，可以提供多目标交通场景中的同时距离速度估算。FMCW雷达发射周期性FM啁啾(也被称为脉冲或斜坡)，其频率可能在脉冲期间线性增加。从目标反射的接收信号与发射信号共轭混合来产生低频差拍信号(也被称为基带信号)，其频率给出目标的距离。可以针对P个连续FMCW啁啾重复该操作。图2中的二维(2D)波形210描绘了通过两个时间指数p，n而布置的连续反射啁啾。所谓的慢时间指数p仅对应于啁啾数。另一方面，所谓的快时间指数n假设对于每个啁啾以频率fs对相应的连续差拍信号进行采样，从而在啁啾持续时间T内收集N个样本。
距离处理器120可以被配置为通过快时间n执行第一离散傅里叶变换(例如FFT)，以获得与多普勒频率fd耦合的拍频fb。该操作通常也被称为距离变换或距离选通，其允许以通过慢时间应用第二傅里叶变换(例如FFT)来估算与唯一距离波门或仓相对应的多普勒频移估算。这可以通过速度处理元件130来完成。因此，距离多普勒图220可以通过使用2D FFT来生成，参见图2。图2中所示的示例距离多普勒图220示出了两个目标，第一目标位于10米距离和0英里/小时相对速度处，第二目标位于20米距离、20英里/小时相对速度处。目标可以是距离多普勒图的感兴趣的子区域。
到目前为止，一直假设汽车雷达仅接收来自感兴趣目标(诸如前方行驶的车辆)的反射的情形。然而，除了来自感兴趣目标的直接反射之外，雷达还接收例如来自道路碎片、护栏和墙壁的反射。雷达处的这种不希望的回波通常被称为杂波。系统中的杂波量随着车辆周围环境的变化而变化。因此，可以使用诸如恒定虚警率(CFAR)处理和空时自适应处理(STAP)的自适应算法来减轻杂波的影响。为了在存在杂波的情况下标识有效目标，应正确选择目标检测阈值。例如，如果估算距离处的距离多普勒图的振幅大于某个阈值，则可以说检测到了目标。因此，阈值应该取决于给定系统中的噪声(例如，杂波)。随着杂波的增加，可以选择更高的阈值。基于单元或仓进行平均的简单CFAR方法可以使用滑动窗口，以通过对多个距离仓进行平均来导出局部杂波电平。在处理框140中执行所描述的阈值选择和目标(峰值)检测。
宽带脉冲(诸如FMCW脉冲)的使用提供了距离和速度方面的目标辨别。方向辨别可以使用多天线阵列(诸如以多天线雷达系统的方式)来进行。多天线雷达系统可以使用多个发射机、多个接收机和多个波形来利用所有可用的自由度。为了在空间上分辨目标并且传递交通场景的综合表示，目标的角度位置可以被估算。因此，在汽车雷达中，目标的位置可以利用球面坐标系(R，θ，ρ)来描述，其中(θ，ρ)分别表示方位角和仰角。单个天线雷达设置足以提供距离-速度图，但不足以提供角度信息，因为所测量的时间延迟缺少目标的角度位置方面的信息。为了实现方向估算，雷达被配置为使用多个天线来接收反射波。例如，使用电磁波以两个维度定位目标需要以两个不同的维度来收集来自物体的反射波数据。这些不同的维度可以通过接收天线使用时间、频率和空间的组合以多种方式形成。例如，线性接收天线阵列114和诸如FMCW的宽带波形形成两个唯一维度。附加地，毫米波段中的较小波长对应于较小的孔径尺寸，并且因此，许多天线元件可以密集地封装在天线阵列中。因此，有效辐射束更强、更尖锐，进而提高了角度测量的分辨率。
参见图3，考虑位于平面z＝0中的天线阵列，并且令l成为与每个接收机天线位置相对应的横坐标。令(Rq,θq)成为第q目标在球面坐标中的位置，以速度vq相对于雷达移动。在远场近似的帮助下，对于第q目标，位于原点处的发射机和位于坐标l处的接收机之间的往返时间延迟可以被表示为：
其中d是在线性星群(linear constellation)中布置的天线元件之间的距离(通常是波长的一半)。延迟项τlq通过天线元件创建均匀的相位累进，这允许在空间域中通过FFT来估算角度θq。因此，目标的2D位置(距离和角度)和速度可以通过3D FFT来估算。第三角度FFT(到达方向DoA处理)在图1的示例雷达信号处理框图的处理框150中被执行。
其他常规汽车雷达处理可以包括目标聚类160、目标跟踪170以及与其他环境传感器类型(例如，相机、激光雷达等)的传感器数据的可选传感器融合180。
MIMO雷达系统使用多个发射机、多个接收机和多个波形来利用所有可用的自由度。MIMO雷达可以被分类为广泛分离或协同定位。在广泛分离的MIMO雷达中，发射-接收天线捕获目标的雷达截面(RCS)的不同方面。换言之，目标似乎是空间分布的，在每个天线元件处提供不同的RCS。该RCS差异可以被用于改进雷达性能。另一方面，对于协同定位的MIMO雷达，由各个天线元件观察到的RCS是不可区分的。
汽车通常使用尺寸紧凑的协同定位的MIMO雷达。参见图4，为了获得合适的发射机间距，协同定位的MIMO雷达可以模拟更大孔径相控阵雷达。该较大的阵列被称为虚拟阵列。对于MIMO雷达处理，如图4所描绘，考虑了具有两个发射(Tx)天线的1-D接收机(Rx)阵列。令NT和NR分别表示Tx和Rx天线元件的数目。假设dT和dR表示对应的Tx和Rx天线间距。此外，假设笛卡尔坐标中的Tx和Rx天线位置由lT和lR给出。因此，通过快时间和孔径的2-D FMCW混频器输出信号可以被表示为
根据以上等式，十分明显的是，如果dT＝NR×dR，则MIMO雷达模仿具有单个Tx和NT×NR个Rx天线元件的常规1D阵列雷达。这被称为虚拟阵列表示。因此，基于FFT的目标成像的空间分辨率可以被改进NT倍。
MIMO雷达的一个具有挑战的方面是波形的选择。例如，可以使得波形在频率、时间或代码域方面正交。
对于MIMO雷达，为了容易地分离由不同Tx天线(Tx信道)发射的信号，最直观和简单的方法是交替发射，即，每个Tx信道交替地发射其自身的波形，并且任意的两个发射之间没有重叠。这在图5A中图示。该备选的发射时分复用(TDM)方法可以实现理想的正交性，并且常规雷达波形(例如，啁啾波形)可以被直接用于所有发射机。尽管该备选的发射TDM方法易于使用，但十分明显的是，所有Tx天线的发射能力没有得到充分利用。与其中所有Tx天线均可以同时发射的MIMO雷达相比，该备选的发射方法受发射功率损失的影响，这将给出更短的目标检测距离(处理增益将相同或检测距离是相同的，代价为TDM处的多普勒不模糊距离减小)。
多普勒频分复用(DDM)(也被称为码分复用CDM)MIMO波形意味着无论是在快时间还是在慢时间中，由不同Tx信道发射的信号由不同系列的相位码调制，使得这些信号可以在雷达接收机中分离/解码。由于不存在具有良好自相关和互相关性质的理想正交码序列，DDM MIMO波形只能近似地满足正交性要求。在快时间DDM(CDM)波形中，相位码由每个脉冲/啁啾内的载波信号调制。在慢时间DDM波形中，相位码被用于调制不同啁啾的初始相位。图5B图示了慢时间DDM(CDM)波形的示例，其中来自发射信道Tx1和发射信道Tx2的啁啾被同步发射。然而，Tx2应用与Tx1不同的相位码。在所示示例中，Tx2的每秒啁啾的初始相位为180°，而Tx1针对每个啁啾应用0°的初始相位。
图6A图示了包括FMCW雷达啁啾602的常规序列600的FMCW雷达信号。
啁啾序列600包括NR个FMCW雷达啁啾602-1、602-2、…、602-NR的帧。因此，啁啾序列600包括慢时域中的NR个FMCW雷达啁啾。NR＝512为一个示例。每个啁啾602具有tdwell的持续时间，并且包括若干样本Nsamples(快时间)。因此，每个啁啾602包括快时域中的Nsamples。Nsamples＝1024为一个示例。给定一个采样频率fs，每个斜坡的样本数为Nsamples＝tdwell*fs。fs＝25MSPS为一个示例。啁啾重复间隔由tR＞tdwell表示，tR是序列600内的两个连续啁啾602的相应起始时刻之间的时间。因此整个啁啾序列600的持续时间为tR*NR。序列600的每个啁啾602具有相同的起始频率fstart和相同的停止频率fstop。停止频率fstop和起始频率fstart之间的差表示波形调制带宽BW。BW＝220.3MHz为一个示例。
从图6B的表中可以看出，根据Rres＝c/2/BW，常规FMCW雷达信号的距离分辨率Rres与调制带宽BW相关，其中c表示光速。这意味着当BW较宽时，距离分辨率Rres被增强。根据Rmax＝c/2/BW*Nsamples/2，常规FMCW雷达信号的最大检测距离Rmax取决于带宽BW。这意味着当BW较宽时，最大检测距离Rmax较短。另一方面，在BW较窄但最大检测距离Rmax较长的情况下，我们获得了较差的距离分辨率Rres。因此，Rmax和Rres处于折中关系。
本公开提出了增加有效调制带宽BW来实现用于MIMO雷达系统的更高距离分辨率Rres。这可以与预定义DDM方案组合，以在有限的频谱资源下优化时域和频域性质。
图7A图示了根据本公开的一个实施例的MIMO雷达装置700的框图。
MIMO雷达装置700包括发射机电路710。发射机电路710包括多个Tx信道712-1、712-2、712-3。每个Tx信道可以包括数字和/或模拟硬件部件(诸如功率分配器、移相器、功率放大器和Tx天线)。尽管图7A图示了三个Tx信道的示例，但受益于本公开的技术人员将理解，本文所述的增加的有效调制带宽BW的概念也可适用于更少或更多的Tx信道。
发射机电路710被配置为经由第一Tx信道712-1来发射FMCW雷达啁啾的第一序列。与关于图6所述的常规情况相反，第一啁啾序列中的FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每一个的起始和/或停止频率彼此不同。此外，发射机电路710被配置为经由第二Tx信道712-2发射FMCW雷达啁啾的第二序列。再次，第二啁啾序列中的FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每一个的起始和/或停止频率彼此不同。应当注意，第一Tx信道712-1和第二Tx信道714-2同时操作。因此，FMCW雷达啁啾的第一和第二序列被同步发射。换言之，第一和第二啁啾序列中的FMCW雷达啁啾被同步发射。
由于FMCW雷达啁啾的第一和第二序列被同步发射，因此需要在MIMO雷达装置700的接收部730处分离来自第一Tx信道712-1和第二Tx信道714-2以及可选的第三Tx信道716-3的信号。如前所述，这可以经由多普勒频分复用(DDM)来实现。多普勒频分多址(DDMA)是啁啾间相位编码方案(“慢时间”编码)。在该配置中，每个Tx信道的信号频谱被稍微偏移，因此波形可以在多普勒域中被分离。
为此目的，MIMO雷达装置700还包括控制电路720，其被配置为控制第一和第二Tx信道712-1、712-2(以及可选的第三Tx信道714-3)以根据预定义DDM方案来设置第一序列和第二序列(以及可选的第三啁啾序列)中的FMCW雷达啁啾的相位。如图7A所示，控制电路720可以包括针对相应Tx信道712-1、712-2和712-3的相应模拟或数字移相器722-1、722-2和722-3。
MIMO雷达装置700可以可选地附加地包括接收机电路730，该接收机电路730用于接收所发射的FMCW雷达信号的反射。接收机电路730包括至少一个Rx信道732。至少一个Rx信道732被配置为接收与FMCW雷达啁啾的第一序列、FMCW雷达啁啾的第二序列以及可选的第三Tx信道712-3的可选的FMCW雷达啁啾的第三序列的反射相对应的接收信号。在所示示例中，接收机电路730不仅包括一个Rx信道732，还包括四个Rx信道732-1、…、732-4，以改进信噪比(SNR)并且改进角度分辨率。将在下文中更详细地解释接收机电路730。受益于本公开的技术人员将理解，发射机电路710和接收机电路730可以被集成或单独实现，并且可以包括FMCW雷达收发机中使用的数字和模拟电路部件，包括但不限于例如基带电路、混频器级、RF电路、数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、放大器、天线等。
图7B中图示了根据本公开的实施例的NR个FMCW雷达啁啾752的序列750。所图示的FMCW序列可以被称为阶跃型FMCW序列。
在图7B所示的示例中，不仅是序列750中的一些FMCW雷达啁啾752的起始和/或停止频率彼此不同。序列750中的连续的NR个FMCW雷达啁啾752中的每一个的起始和停止频率彼此不同。在所示示例中，控制电路720被配置为控制第一Tx信道712-1，使得第一序列750中的后续FMCW雷达啁啾752的每个后续对的起始频率相差预定义频率偏移Δf。类似地，控制电路720被配置为控制第二Tx信道712-2，使得第二序列750中的后续FMCW雷达啁啾752的每个后续对的起始频率相差相同的预定义频率偏移Δf。在第三Tx信道712-3的情况下，控制电路720被配置为控制第三Tx信道712-3，使得第三序列750中的后续FMCW雷达啁啾752的每个后续对的起始频率相差相同的预定义频率偏移Δf。在所示示例中，控制电路720被配置为控制相应Tx信道712-1、…、712-3，使得相应啁啾序列750的每个后续FMCW雷达啁啾752-n(n＝2、…、NR)的起始频率相对于其先前FMCW雷达啁啾752-(n-1)增加预定义频率偏移Δf。因此，相应啁啾序列的第n(n＝2，…，NR)FMCW雷达啁啾752-n的起始频率fstart,n是fstart,n＝fstart,1+(n-1).Δf，其中fstart,1表示相应啁啾序列的初始啁啾752-1的起始频率。同样，相应啁啾序列的第n(n＝2，…，NR)FMCW雷达啁啾752-n的停止频率fstop,n是fstop,n＝fstop,1+(n-1).Δf，其中fstart,1表示相应啁啾序列的初始啁啾752-1的停止频率。
在所图示的图7B的阶跃型FMCW啁啾序列750的示例中，假设针对序列750的每个啁啾752-n(n＝1，…，NR)的持续时间tdwell和带宽BW相同。因此，随着后续FMCW雷达啁啾752的每个后续对之间的起始频率增加预定义频率偏移Δf，与图6的常规情况相比，可以获得序列750的有效总带宽BW的增加。与图6的常规情况相比，有效总带宽BW可以增加(NR-1)*Δf。所有Tx信道712-1、712-2、712-3的阶跃型FMCW啁啾序列可以相同，并且被同步发射。这意味着不同Tx信道的不同FMCW雷达啁啾的阶跃序列的所有NR个啁啾可以被同步发射，并且具有相同地增加的相应起始和停止频率。
在所示示例中，在啁啾序列750内，每个啁啾752的起始频率增加Δf。样本数目Nsamples和其他条件可以与图6的常规FMCW波形相同。作为结果的阶跃型FMCW波形的更大有效总带宽BW可导致增加的距离分辨率。然而，如果每个啁啾752的实际BW不变，则Rmax可以保持相同。
受益于本公开的技术人员将理解，在啁啾序列内，起始频率也可以每个啁啾752减少Δf。在其他示例中，起始频率可以仅在啁啾序列内的每一秒啁啾递增或递减。与常规情况相比，可以设想许多变化来实现啁啾序列的更大的有效总带宽BW。实施例不限于图7B的示例的啁啾序列750。
根据本公开，多个Tx信道712-1、…、712-3的阶跃型FMCW波形或序列可以与用于在接收侧进行Tx信道分离的预定义DDM方案组合。为此目的，控制电路720(包括相应移相器722)可以被配置为向每个Tx信道712-1、712-2和712-3分配唯一相位序列，该唯一相位序列被应用于相应Tx信道的相应FMCW啁啾序列。每个Tx信道的相应唯一相位序列的相位通常可以选自M进制相位调制字母表，其中M≥2，并且为整数。M＝2表示二进制相位调制字母表，例如其中相位为0°和180°，或45°和225°，或90°和270°等。M＝4表示四进制相位调制字母表，例如其中相位为0°、90°、180°和270。M越高，可以分离的Tx信道越多。应用于啁啾序列的相位序列也可以被称为相位调制矢量。
在一个实施例中，三个Tx信道712-1、712-2和712-3可以通过使用具有二进制相位调制字母表(即，M＝2)的DDM方案来分离。关于三个Tx信道712-1、712-2和712-3的相应啁啾序列的DDM方案的示例如图8所示。
图8A重复从所有Tx信道712-1、712-2和712-3同步发射的频率阶跃型FMCW啁啾序列750。FMCW雷达啁啾的相应序列各自包括NR个啁啾，其中啁啾起始频率逐个啁啾增加Δf，而各个啁啾带宽BW贯穿相应序列保持不变(恒定)。因此，可实现的距离分辨率改进为：
1.Rres＝c/(2*BW*Δf*(NR-1))。
图8B图示了针对Tx信道712-1、712-2和712-3的相应移相器722-1、722-2和722-3的示例配置。控制电路720被配置为将(单个)第一相位分配给第一Tx信道712-1(Tx1)的第一啁啾序列中的FMCW啁啾。在所图示的示例中，第一相位为0°。第一啁啾序列中的所有NR个阶跃型FMCW啁啾752-n(n＝1，…，NR)以第一相位被发射。因此，针对第一Tx信道712-1(Tx1)的1×NR相位调制矢量可以是
控制电路720还被配置为将所述第一相位和第二相位分配给第二Tx信道712-2(Tx2)的第二序列中的FMCW啁啾。在图8B所示的示例中，第二相位为180°。第一相位和第二相位的时间顺序对于第二Tx信道712-2是特定的。例如，第二啁啾序列中的每个奇数FMCW啁啾以第一相位被发射。第二啁啾序列中的每个偶数FMCW啁啾以第二相位被发射。这也可以反之亦然。因此，第一和第二序列中同步发射的FMCW啁啾具有预定相位差，预定相位差包括第一预定相位差和第二预定相位差在所示示例中，第一预定相位差为0°，第二预定相位差为180°。然而，在其它实施例中也可以是其他第一和第二预定相位差因此，针对第二Tx信道712-2(Tx2)的1×NR相位调制矢量可以是
控制电路720还被配置为将所述第一相位和所述第二相位分配给第三Tx信道712-3(Tx3)的第三序列中的FMCW啁啾。此处，第一相位和第二相位的时间顺序对于第三Tx信道712-3也是特定的，并且不同于第一相位和第二相位针对第二Tx信道714-2的时间顺序。例如，第三啁啾序列中的第一和第二FMCW啁啾以第一相位被发射。第三啁啾序列中的第三和第四FMCW啁啾以第二相位被发射。第三啁啾序列中的第五和第六FMCW啁啾以第一相位被发射。第三啁啾序列中的第七和第八FMCW啁啾以第二相位被发射，以此类推。因此，针对第三Tx信道712-3(Tx3)的1×NR相位调制矢量可以是
在图8B所示的示例中，控制电路720被配置为在第一序列中的两个连续FMCW啁啾以第一相位发射时，将第一相位分配给第二序列中的第一FMCW啁啾，并且将第二相位分配给第二序列中的后续第二FMCW啁啾。此外，控制电路720被配置为在第一序列中的四个连续FMCW啁啾以第一相位发射时，将第一相位分配给第三序列中的两个连续FMCW雷达啁啾，随后将第二相位分配给第三序列中的另外两个连续FMCW雷达啁啾。
受益于本公开的技术人员将理解，第一相位不需要为0°。相反，它可以是任意相位值然后，第二相位可以被选择为例如然而，第一和第二相位之间的相位差不一定必须为180°。也可以是其他值。
如前所述，图7中所示的MIMO雷达装置700还可以包括(单站或双站)接收机电路730，该(单站或双站)接收机电路730用于接收所发射的DDM MIMO波形的反射。接收机电路730包括至少一个Rx信道732-1(包括Rx天线以及模拟和数字Rx电路)。典型地，接收机电路730将包括多个Rx信道732-1、732-2、…、732NRx。在所示示例中，NRx＝4，导致12个天线元件的虚拟阵列。对于高分辨率雷达，例如，可以设想NTx＝3的Tx信道和NRx＝16的Rx信道的组合，从而形成48个天线单元的虚拟阵列。
接收机电路730被配置为经由Rx信道732-n(n＝1，…，NRx)来接收与FMCW雷达啁啾的第一序列(来自Tx1)、FMCW雷达啁啾的第二序列(来自Tx2)和FMCW雷达啁啾的第三序列(来自TX3)的反射叠加相对应的相应Rx信号。将针对一个Rx信道732来描述以下接收过程。然而，这可以应用于用于虚拟阵列合成的多个Rx信道。
如图9的示例Rx过程900所示，在所接收的雷达信号的模数转换(ADC)(参见902)之后，可以执行相应的距离FFT(通过快时间)(参见904)。也就是说，在动作904中，接收机电路730可以被配置为(针对每个Rx信道)执行相应接收信号的距离FFT(通过快时间)，以生成与相应Rx信道和多个Tx信道相关联的多个距离仓。距离FFT对于受益于本公开的技术人员来说通常是已知的。
在已通过距离FFT生成距离仓之后，多普勒FFT(通过慢时间)可以使用先前获得的距离仓来执行，以生成包括速度信息的多个多普勒仓(参见动作906)。多普勒FFT对于受益于本公开的技术人员来说通常是已知的。在已执行多普勒FFT之后，针对多个Tx信道(Tx1–Tx3)的组合的2D距离多普勒图数据是可用的。可以为每个Rx信道获取相应组合的2D距离多普勒图。
如果使用多于一个的Rx信道，则检测概率可以通过对所有Rx信道的2D距离多普勒图数据求和或积分而被增强。例如，可以执行可用距离多普勒图的非相干积分(NCI)(参见动作908)。为了获得参考2D距离多普勒图，诸如恒定虚警率(CFAR)处理或空时自适应处理(STAP)的自适应阈值和峰值检测算法可以被用来减轻杂波的影响(参见910、912)。参考2D距离多普勒图中的剩余峰值(高于特定信号阈值)可以标识目标并且指示相应目标与MIMO雷达装置700的距离(R)。
注意，由于预定义DDM方案，与参考2D距离多普勒图的距离仓相关联的多普勒仓可能仍然是不明确的。然而，距离信息可以是明确的。为了从参考2D距离多普勒图获得明确的多普勒(即，速度)信息，接收机电路730可以被配置为基于评估与对于每个Rx信道的参考2D距离多普勒图的相同距离仓相关联的多个多普勒仓(峰值)的振幅和/或相互距离来标识每个Tx信道(Tx1、Tx2、Tx3)。这可以在动作914中完成，动作914可以被细分为动作914-1、914-2和914-3。
图10图示了根据用于不同Tx信道712-1、712-2、712-3(Tx1、Tx2、Tx3)的不同相位调制矢量的相位调制效果。
图10示出了多普勒FFT中与相位调制矢量元件之间的相位距离相关联的相移效应。作为Tx信道中FMCW啁啾序列(初始)的相位调制的结果，根据图10所示的相移效应，来自散射体的多普勒FFT的原始频率指数(仓)被偏移。例如，如果三个Tx信道与图8B所示的不同示例相位调制矢量一起使用，则在同一距离FFT仓进行多普勒FFT之后，会出现四个不同的频率指数(仓)。多普勒仓之间的仓距离与Tx信道的调制矢量相关。
在所示示例中，(慢)频率指数0对应于Tx信道的相位调制矢量Tx1＝[0°,0°,0°,0°,0°,0°,0°,0°]。此处，调制矢量的相邻元件之间的相位距离为0°。(慢)频率指数-NR/2对应于Tx信道的相位调制矢量Tx2＝[0°,180°,0°,180°,0°,180°,0°,180°]。此处，调制矢量的相邻元件之间的相位距离为180°。(慢)频率指数±NR/4对应于Tx信道的相位调制矢量Tx3＝[0°,0°,180°,180°,0°,0°,180°,180°]。此处，调制矢量的相邻元件之间的(平均)相位距离为90°。
从图10中可以看出，Tx1、Tx2和Tx3(与同一距离仓相关联)的多普勒仓中高于阈值水平(被称为CFAR阈值)的峰值出现在从-NR/2到NR/4的(慢)频率指数窗口内。如果距离仓指数被表示为Find，并且最左侧峰值的多普勒仓指数被表示为Sind，则Rx信道特定距离多普勒图中峰值的仓位置可以被描述为：
i.(Find,Sind) SNAPRX(i)_P1
ii.(Find,mod(Sind+1*NR/4)), SNAPRX(i)_P2
iii.(Find,mod(Sind+1*2NR/4)), SNAPRX(i)_P3
iv.(Find,mod(Sind+1*3NR/4)) SNAPRX(i)_P4.
此处，RX(i)表示第i个RX信道。
因此，在所示示例中，可以预期与Tx1、Tx2和Tx3相对应的峰值的多普勒仓窗口尺寸为3Nr/4。多普勒仓窗口中的每对峰值具有NR/4的仓距离。因此，DDM合成914可以包括通过将四个多普勒仓中与相同距离仓相关联的峰值与相邻峰值之间的多普勒仓距离配NR/4对来标识多普勒仓窗口的动作914-1。动作914-1将产生与Tx信道Tx1、Tx2和Tx3相对应的峰值多普勒信号。
然后，DDM合成914可以包括动作914-2：基于评估与位于从-Nr/2到Nr/4的多普勒仓窗口中的相同距离仓相关联的四个先前标识的多普勒仓的峰值振幅和相互距离来标识Tx信道Tx3。从图10中可以看出，具有相位调制矢量[0°,0°,180°,180°,0°,0°,180°,180°]的第三Tx信道Tx3在两个多普勒仓±Nr/4中产生两个峰值，这两个多普勒仓相隔Nr/2个多普勒仓。多普勒仓±Nr/4(Tx3)的峰值振幅比多普勒仓0(Tx1)和-Nr/2(Tx2)的峰值振幅低(1/sqrt(2))。因此，如果四个多普勒仓之中与同一距离仓相关联的多普勒仓相隔Nr/2个仓，且相位差为90°，则这些多普勒仓可以被标识为属于具有相位调制矢量[0°,0°,180°,180°,0°,0°,180°,180°]的第三Tx信道Tx3。可选地，多普勒仓的较低振幅可以附加地被用于标识第三Tx信道Tx3。在已标识Tx信道Tx3之后，DDM合成914可以包括在动作914-2中基于剩余多普勒仓(峰值)的相对位置和/或其振幅来标识Tx信道Tx1和Tx2。例如，在与Tx信道Tx3相关联的多普勒仓之间居中的峰值可以与(未调制的)Tx信道Tx1相关联。在-NR/2处的剩余第四峰值属于Tx信道Tx2。因此，接收机电路730可以被配置为基于对具有与预定义DDM方案相关联的预定仓距离(例如，NR/2)和预定相位差(例如，90°)的多普勒仓的对来标识多个Tx信道中的第一个(例如，Tx3)。它们的振幅可以低于与其他Tx信道(例如，Tx1、Tx2)相对应的多普勒仓。多个Tx信道中的至少第二个信道可以基于与相同距离仓相关联的剩余多普勒仓相对于第一标识的多普勒仓对的仓位置的定位来标识。剩余多普勒仓可以具有比剩余多普勒仓更高的振幅。受益于本公开的技术人员将理解，多普勒仓窗口和窗口的内仓的位置可以根据所采用的相位调制矢量而变化。
在峰值SNAPRX(i)_P1和SNAPRX(i)_P3对应于Tx信道Tx3，SNAPRX(i)_P2对应于Tx信道Tx1，并且SNAPRX(i)_P4对应于Tx信道Tx2的(不同)假设下，对于所有Rx信道RX(1)至RX(4)的Tx信道标识可以根据以下伪码来实现：
用于TX标识的伪码
在所有Tx信道Tx1、Tx2、Tx3已被标识之后，DDM合成914可以包括动作914-3：从与未调制的Tx信道(此处是Tx1)相关联的峰值确定关于所有Tx信道Tx1、Tx2、Tx2的距离和速度。
在动作916中，虚拟阵列合成可以通过将对于所有Rx信道的先前动作的结果组合来执行。以此方式，可以生成针对每个Tx-Rx信道对的距离多普勒图数据。
利用到目前为止获得的结果，角度计算918可以通过在包括每个Tx-Rx信道对的虚拟阵列上进行DoA(到达方向)处理来执行。DoA处理可以通过通过虚拟阵列的所有天线执行第三FFT(角度FFT)来完成。此处，可以使用距离多普勒图中检测到的峰值的相位信息。
如图11(右)所示，实施例可以实现改进的距离分辨率，从而使得能够标识常规解决方案无法区分目标处的不同目标。实施例的距离分辨率可以是Rres＝c/(2*BW*Δf*(NR-1))，而常规的距离分辨率是Rres＝c/(2*BW)。
与一个或多个先前详细的示例和附图一起提及和描述的方面和特征也可以与一个或者多个其他示例组合，以替换其他示例的类似特征，或者以将特征附加地引入到其他示例。
示例还可以是或涉及具有程序代码的计算机程序，当在计算机或处理器上执行计算机程序时，该程序代码用于执行一个或多个上述方法。上述各种方法的步骤、操作或过程可以由经编程的计算机或处理器来执行。示例还可以包括诸如数字数据存储介质的程序存储设备，其为机器、处理器或计算机可读，并且对机器可执行、处理器可执行或计算机可执行的指令程序进行编码。指令执行或导致执行上述方法的一些或全部动作。程序存储设备可以包括或者是例如：数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动装置或者光可读数字数据存储介质。其他示例还可以包括被编程为执行上述方法的动作的计算机、处理器或控制单元，或者被编程为进行上述方法的动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(现场)编程门阵列((F)PGA)。
说明书和附图仅例示了本公开的原理。此外，本文所述的所有示例主要旨在仅用于例示性目的，以帮助读者理解本公开的原理以及发明人为推进本领域所贡献的概念。本文中列举本公开的原理、方面和示例以及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其等同物。
被表示为“用于…的装置”的执行特定功能的功能块可以指代被配置为执行某个功能的电路。因此，“用于…的装置”可以被实现为“被配置为或适于…的装置”，诸如被配置为或适于相应任务的设备或电路。
图中所示的各种元件的功能，包括被标记为“装置”、“用于提供信号的装置”、“用于生成信号的装置”等的任何功能块可以以专用硬件(诸如“信号提供件”、“信号处理单元”“处理器”“控制器”等)以及能够与适当的软件相关联地执行软件的硬件的形式来实现。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或其中一些或全部可以共享的多个单独处理器来提供。然而，术语“处理器”或“控制器”迄今不限于专门能够执行软件的硬件，而是可以包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。也可以包括常规的和/或定制的其他硬件。
框图可以例如图示实现本公开的原理的高级电路图。类似地，流程图表、流程图、状态转换图、伪码等可以表示各种过程、操作或步骤，无论是否明确示出了这样的计算机或处理器，这些过程、操作和步骤(例如)可以基本上在计算机可读介质中表示，并由计算机或处理器执行。说明书或权利要求中公开的方法可以通过具有用于执行这些方法的相应动作中的每一个的设备来实现。
应当理解，除非例如出于技术原因而另外明确或隐含地说明，否则说明书或权利要求中公开的多个动作、过程、操作、步骤或功能的公开内容不得被解释为特定顺序。因此，除非这些动作或功能由于技术原因不能互换，否则多个动作或功能的公开内容不会将这些动作或功能限于特定的顺序。此外，在一些示例中，单个动作、功能、过程、操作或步骤可以分别包括或可以分解为多个子动作、子功能、子过程、子操作或子步骤。除非明确排除，否则此类子动作可以被包括在该单个动作的公开内容中或者作为该单个动作的公开内容的一部分。
此外，所附权利要求由此并入详细描述中，其中每个权利要求可以独立作为单独的示例。虽然每个权利要求可以单独作为单独示例，但应当注意，尽管从属权利要求在权利要求中可以指代与一项或多项其他权利要求的特定组合，但其他示例也可以包括从属权利要求与其他从属或独立权利要求的主题的组合。除非声明不打算进行特定组合，否则本文中明确提出了这样的组合。此外，即使该权利要求不直接从属于独立权利要求，其也旨在将该权利要求的特征包括在任何其他独立权利要求中。

Claims (21)

1.一种MIMO雷达装置(700)，包括：
发射机电路(710)，包括多个发射信道(712)；
其中所述发射机电路(710)被配置为：
经由第一发射信道(712-1)来发射FMCW雷达啁啾的第一序列，使得所述第一序列中的所述FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每个FMCW雷达啁啾的起始频率和/或停止频率彼此不同，
经由第二发射信道(712-2；712-3)来发射FMCW雷达啁啾的第二序列，其中所述第二序列中的所述FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每个FMCW雷达啁啾的起始频率和/或停止频率彼此不同，
其中FMCW雷达啁啾的所述第一序列和FMCW雷达啁啾的所述第二序列被同步发射；以及
控制电路(720)，被配置为控制所述第一发射信道和所述第二发射信道(712-1；712-2)，以根据预定义多普勒频分复用DDM方案来设置所述第一序列中的所述FMCW雷达啁啾和所述第二序列中的所述FMCW雷达啁啾的相位。
2.根据权利要求1所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为控制所述第一发射信号和所述第二发射信道(712-1；712-2)，使得所述第一序列和所述第二序列中的相应FMCW雷达啁啾包括以下至少一项：
相应起始频率和相应停止频率之间的相等的相应持续时间，或者
相等的相应带宽。
3.根据前述权利要求中任一项所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为控制所述第一发射信道和所述第二发射信道，使得所述第一序列中的后续FMCW雷达啁啾的每个后续对的所述起始频率相差预定义频率偏移，并且所述第二序列中的后续FMCW雷达啁啾的每个后续对的所述起始频率相差所述预定义频率偏移。
4.根据权利要求3所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为控制所述第一发射信道和所述第二发射信道，使得所述第一序列中的后续FMCW雷达啁啾和所述第二序列中的后续FMCW雷达啁啾的每个后续对的所述起始频率增加或减少所述预定义频率偏移。
5.根据前述权利要求中任一项所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为控制所述第一发射信道和所述第二发射信道，使得所述第一序列和所述第二序列中的相应同步FMCW雷达啁啾具有相同的起始频率和停止频率。
6.根据前述权利要求中任一项所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为向每个发射信道分配唯一相位序列，所述唯一相位序列被应用于相应发射信道的相应FMCW啁啾序列。
7.根据前述权利要求中任一项所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为从M进制相位调制字母表选择用于所述预定义多普勒频分复用方案的所述相位，其中M≥2且为整数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为：
将第一相位分配给所述第一序列中的所述FMCW啁啾，
将所述第一相位和所述第二相位分配给所述第二序列中的所述FMCW啁啾，
其中被同步发射的所述第一序列中的FMCW啁啾和所述第二序列中的FMCW啁啾具有预定相位差，
其中所述预定相位差包括第一预定相位差和第二预定相位差。
9.根据权利要求8所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述第一预定相位差是0°，并且所述第二预定相位差是180°。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为：
在所述第一序列中的两个连续FMCW啁啾以所述第一相位被发射时，
将所述第一相位分配给所述第二序列中的第一FMCW啁啾，并且将所述第二相位分配给所述第二序列中的后续第二FMCW啁啾。
11.根据前述权利要求中任一项所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为：
将第一相位序列分配给FMCW啁啾的所述第一序列，其中所述第一相位包括第一相位值或第二相位值，其中所述第一相位值和所述第二相位值相差180°，以及
将第二相位序列分配给FMCW啁啾的所述第二序列，其中所述第二相位包括第三相位值或第四相位值，其中所述第三相位值和所述第四相位值相差180°。
12.根据权利要求11所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述第一相位值和所述第二相位值中的至少一个相位值不同于所述第三相位值和所述第四相位值中的每个相位值，或者所述第一相位值或所述第二相位值中的至少一个相位值与所述第三相位值相同。
13.根据前述权利要求中任一项所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述发射机电路(710)包括第三发射信道(712-3)，并且被配置为经由所述第三发射信道来发射FMCW雷达啁啾的第三序列，使得所述第三序列中的所述FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每个FMCW雷达啁啾的起始频率和/或停止频率彼此不同，以及
其中所述控制电路(720)被配置为：
向所述第一发射信道(712-1)分配被应用于所述第一序列中的每个FMCW雷达啁啾的第一相位，
向所述第二发射信道(712-2)分配被应用于所述第二序列中的所述FMCW雷达啁啾的第二相位序列，其中所述第二相位序列包括所述第一相位和所述第二相位，所述第一相位和所述第二相位遵循对所述第二发射信道特定的时间顺序，以及
向所述第三发射信道(712-3)分配被应用于所述第三序列中的所述FMCW雷达啁啾的第三相位序列，其中所述第三相位序列包括所述第一相位和所述第二相位，所述第一相位和所述第二相位遵循对所述第三发射信道特定的时间顺序。
14.根据权利要求13所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述控制电路(720)被配置为：
在所述第一序列中的两个连续FMCW啁啾以所述第一相位被发射时，
将所述第一相位分配给所述第二序列中的第一FMCW啁啾，并且将所述第二相位分配给所述第二序列中的后续第二FMCW啁啾，以及
在所述第一序列中的四个连续FMCW啁啾以所述第一相位被发射时，
将所述第一相位分配给所述第三序列中的两个连续FMCW雷达啁啾，随后将所述第二相位分配给所述第三序列中的另外两个连续FMCW雷达啁啾。
15.根据前述权利要求中任一项所述的MIMO雷达装置(700)，还包括：
接收机电路(730)，包括至少一个接收机信道(732)；
其中所述至少一个接收机信道(732)被配置为接收与FMCW雷达啁啾的所述第一序列和FMCW雷达啁啾的所述第二序列的反射相对应的接收信号。
16.根据权利要求15所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述接收机电路(730)被配置为：
执行所述接收信号的第一FFT来生成多个第一仓；
使用所述第一仓执行第二FFT来生成多个第二仓，以及
将所述第一仓和所述第二仓组合来获得针对所述多个发射信道的组合的距离多普勒图。
17.根据权利要求15所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述接收机电路(730)被配置为基于评估与所述组合的距离多普勒图的相同的所述第一仓相关联的多个第二仓之间的相互距离和/或相位差来标识所述发射信道中的每个发射信道。
18.根据权利要求16所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述接收机电路(730)被配置为：基于具有与所述预定义多普勒频分复用方案相关联的预定相互仓距离和预定相位差的第二仓对来标识所述多个发射信道中的第一发射信道；以及基于与相同的第一仓相关联的剩余第二仓的振幅来标识所述多个发射信道中的至少第二发射信道。
19.根据权利要求18所述的MIMO雷达装置(700)，其中所述预定相位差是90°。
20.一种MIMO雷达方法，所述方法包括：
经由第一发射信道(712-1)来发射FMCW雷达啁啾的第一序列(752)，使得所述第一序列中的所述FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每个FMCW雷达啁啾的起始频率和/或停止频率彼此不同，
经由第二发射信道(712-2)来发射FMCW雷达啁啾的第二序列(752)，其中所述第二序列中的所述FMCW雷达啁啾的至少一部分中的每个FMCW雷达啁啾的起始频率和/或停止频率彼此不同，
其中FMCW雷达啁啾的所述第一序列和FMCW雷达啁啾的所述第二序列被同步发射；以及
控制所述第一发射信道和所述第二发射信道(712-1；712-2)，以根据预定义多普勒频分复用DDM方案来设置所述第一序列和所述第二序列中的所述FMCW雷达啁啾的相位。
21.根据权利要求20所述的MIMO方法，其中所述第一序列和所述第二序列中的相应后续FMCW雷达啁啾(752-n、752-(n-1))的所述起始频率和所述停止频率增加或减少预定义频率偏移。
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