CN116804739A - 用于雷达系统的自适应tx-rx串扰消除 - Google Patents
用于雷达系统的自适应tx-rx串扰消除 Download PDFInfo
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Abstract
本公开涉及用于雷达系统的自适应TX‑RX串扰消除。在实施例中，一种方法包括：初始化串扰补偿因子，串扰补偿因子指示在雷达传感器的发射路径与雷达传感器的接收路径之间的发射器‑接收器串扰；从雷达传感器接收雷达数据；从雷达数据中选择数据集；对数据集执行目标检测；以及在对数据集执行目标检测之后，当在数据集中未检测到目标时，基于数据集来更新串扰补偿因子，并且在更新串扰补偿因子之后，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱，并且当在数据集中检测到目标时，在不更新串扰补偿因子的情况下，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱。
Description
技术领域
本公开总体上涉及电子系统和方法，并且在具体实施例中涉及用于雷达系统的自适应发射器-接收器串扰消除。
背景技术
由于诸如硅锗(SiGe)和精细几何互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的低成本半导体技术的快速进步，在毫米波频率方案内的应用在过去几年中已经获得了显著的兴趣。高速双极型和金属氧化物半导体(MOS)晶体管的可用性已经导致对用于在例如24GHz、60GHz、77GHz和80GHz以及还有超过100GHz的毫米波应用的集成电路的日益增长的需求。这种应用包括例如汽车雷达系统和多千兆比特通信系统。
在一些雷达系统中，通过以下操作来确定雷达与目标之间的间距：发射频率调制信号，接收频率调制信号的反射(也称为回波)，并且基于频率调制信号的发射与接收之间的时间延迟和/或频率差来确定间距。因此，一些雷达系统包括用以发射射频(RF)信号的发射天线和用以接收反射RF信号的接收天线，以及用于生成发射信号和接收RF信号的相关联的RF电路。在一些情况下，可以使用多个天线以使用相控阵列技术实现定向波束。具有多个芯片组的多输入和多输出(MIMO)配置也可以用于执行相干和非相干信号处理。
例如，当发射信号的一部分由接收路径经由雷达的内部路径接收时，可能发生从雷达的发射路径到雷达的接收路径的串扰。这种串扰通常称为TX-RX串扰或TX-RX泄漏。应对这种串扰的标准方法是使用高通滤波器(HPF)。另一种方法在具有移动目标的应用中使用移动目标指示(MTI)。
发明内容
根据实施例，一种方法包括：初始化串扰补偿因子，串扰补偿因子指示在雷达传感器的发射路径与雷达传感器的接收路径之间的发射器-接收器串扰；从雷达传感器接收雷达数据；从雷达数据中选择数据集；对数据集执行目标检测；以及在对数据集执行目标检测之后，当在数据集中未检测到目标时，基于数据集来更新串扰补偿因子，并且在更新串扰补偿因子之后，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱，并且当在数据集中检测到目标时，在不更新串扰补偿因子的情况下，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱。
根据实施例，一种雷达系统包括：雷达传感器，其被配置为经由发射路径发射雷达信号，经由接收路径接收反射的雷达信号，并且基于接收路径的输出来提供雷达数据；以及处理系统，其被配置为：初始化指示发射路径与接收路径之间的发射器-接收器串扰的串扰补偿因子，从雷达数据中选择数据集，对数据集执行目标检测，并且在对数据集执行目标检测之后，当在数据集中未检测到目标时，基于数据集来更新串扰补偿因子，并且在更新串扰补偿因子之后，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱，并且当在数据集中检测到目标时，在不更新串扰补偿因子的情况下，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱。
根据实施例，一种方法包括：初始化串扰补偿因子，串扰补偿因子指示在毫米波雷达传感器的发射路径与毫米波雷达传感器的接收路径之间的发射器-接收器串扰；从毫米波雷达传感器接收雷达数据；从雷达数据中选择数据子集；确定对数据子集的多项式拟合；基于多项式拟合和数据子集来确定多项式拟合的残差；以及确定多项式拟合的残差的频谱；对多项式拟合的残差的频谱的前L个分档进行不相干积分以生成积分频谱，L是大于1且低于多项式拟合的残差的频谱的分档的最大数目的正整数；基于积分频谱对数据子集执行目标检测；在对数据子集执行目标检测之后，当在数据子集中未检测到目标时，基于数据子集来更新串扰补偿因子，并且在更新串扰补偿因子之后，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱，并且当在数据子集中检测到目标时，在不更新串扰补偿因子的情况下，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱；以及基于雷达频谱来执行目标检测或目标跟踪。
根据实施例，一种方法包括：从雷达传感器接收雷达数据；从雷达数据中选择数据集；基于数据集来确定雷达传感器的发射路径与雷达传感器的接收路径之间的发射器-接收器串扰的串扰近似；基于串扰近似和数据集来确定串扰近似的残差；确定串扰近似的残差的频谱；以及基于串扰近似的残差的频谱对数据集执行目标检测。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的毫米波雷达系统的示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的由图1的雷达系统发射的啁啾(chirp)序列；
图3和图4示出了根据本发明的实施例的与图1的毫米波雷达传感器相关联的示例性距离频谱；
图5示出了根据本发明的一个实施例的雷达数据的波形；以及
图6和图7示出了根据本发明的实施例的用于动态串扰消除的实施例方法的流程图。
除非另外指示，否则不同附图中的对应数字和符号通常指代对应部分。附图被绘制以清楚地图示优选实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
下面详细讨论所公开的实施例的制造和使用。然而，应当理解，本发明提供了许多可应用的发明概念，这些发明概念可以在各种各样的特定上下文中体现。所讨论的特定实施例仅仅说明制造和使用本发明的特定方式，并不限制本发明的范围。
以下描述说明了各种特定细节以提供对根据该描述的若干示例实施例的深入理解。可以在没有特定细节中的一个或多个特定细节的情况下或者利用其他方法、部件、材料等来获得实施例。在其它情况下，没有详细示出或描述已知的结构、材料或操作，以便不使实施例的不同方面模糊不清。在本说明书中对“实施例”的引用指示关于该实施例描述的具体配置、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，可能出现在本说明书的不同点处的诸如“在一个实施例中”的短语不一定确切地指代相同实施例。此外，特定形成、结构或特征可以以任何适当的方式组合在一个或多个实施例中。
将在特定上下文中描述本发明的实施例，例如，用于作为频率调制连续波(FMCW)雷达操作的毫米波雷达的自适应TX-RX串扰消除。本发明的实施例可以与其它类型的雷达系统一起使用，诸如在毫米波范围之外操作的雷达。
在本发明的实施例中，毫米波雷达基于是否检测到近距离目标来自适应地消除从发射路径到接收路径的串扰对雷达频谱的影响。从雷达数据集中选择雷达数据集。如果在雷达数据集中未检测到近距离目标，则更新串扰补偿因子。如果检测到近距离目标，则不更新串扰补偿因子。通过基于串扰补偿因子(例如，在时域或频域中)消除串扰的贡献来补偿雷达频谱。
图1示出了根据本发明的一个实施例的毫米波雷达系统100的示意图。毫米波雷达系统100包括毫米波雷达传感器102和处理系统104。在一些实施例中，毫米波雷达传感器102可以用于生成雷达数据(xout_dig(n))，并且处理系统104可以实现雷达处理链，例如以检测、跟踪和/或分类目标。
在正常操作期间，毫米波雷达传感器102作为频率调制连续波(FMCW)雷达传感器操作，并使用一个或多个发射器(TX)天线114朝向场景120发射多个雷达信号106，诸如啁啾。使用RF和模拟电路130来生成雷达信号106。雷达信号106可以例如在20GHz到122GHz的范围内。也可以使用其它频率。
场景120中的对象可以包括一个或多个静态或移动对象，诸如汽车、摩托车、自行车、卡车和其他车辆、空闲和移动的人和动物、杆、家具、机器、机械结构、墙壁和其他类型的结构。其它对象也可以存在于场景120中。
雷达信号106被场景120中的对象反射。反射的雷达信号108(也称为回波信号)由一个或多个接收(RX)天线116接收。RF和模拟电路130以本领域中已知的方式使用例如带通滤波器(BPF)、低通滤波器(LPF)、混频器、低噪声放大器(LNA)和/或中间频率(IF)放大器来处理接收到的反射的雷达信号108，以生成模拟信号xout(t)。
使用ADC 112将模拟信号xout(t)转换为原始数字数据xout_dig(n)(也称为雷达数据)。原始数字数据xout_dig(n)由处理系统104处理以例如检测、跟踪和/或分类目标。
控制器110控制毫米波雷达传感器102的一个或多个电路，诸如RF和模拟电路130和/或ADC 112。例如，控制器110可以被实现为例如定制的数字或混合信号电路。控制器110还可以以其它方式实现，诸如使用配置成执行存储在存储器中的指令的定制或通用处理器或控制器。在一些实施例中，处理系统104实现控制器110的一部分或全部。
处理系统104可以用包括例如耦合到存储器的组合电路的通用处理器、控制器或数字信号处理器(DSP)来实现。在一些实施例中，处理系统104可以被实现为专用集成电路(ASIC)。在一些实施例中，处理系统104可以用例如ARM、RISC或x86架构来实现。在一些实施例中，处理系统104可以包括人工智能(AI)加速器。一些实施例可以使用硬件加速器和在DSP或通用微控制器上运行的软件的组合。在一些实施例中，处理系统104可以用多个处理器和/或控制器来实现。其他实现方式也是可能的。
在一些实施例中，毫米波雷达传感器102和处理系统104的一部分或全部可以在同一集成电路(IC)内实现。例如，在一些实施例中，毫米波雷达传感器102和处理系统104的一部分或全部可以在集成在同一封装中的相应半导体衬底中实现。在其它实施例中，毫米波雷达传感器102和处理系统104的一部分或全部可以在同一单片半导体衬底中实现。在一些实施例中，毫米波雷达传感器102和处理系统104在相应集成电路中实现。在一些实施例中，使用多个集成电路来实现毫米波雷达传感器102。在一些实施例中，使用多个集成电路来实现处理系统104。其他实现方式也是可能的。
作为非限制性示例，RF和模拟电路130可以例如如图1所示来实现。在正常操作期间，压控振荡器(VCO)136生成由发射天线114发射的雷达信号，诸如线性频率啁啾(例如，从57GHz到64GHz，或从76GHz到77GHz)。VCO 136由PLL 134控制，PLL 134从参考振荡器132接收参考时钟信号(例如，80MHz)。PLL 134由包括分频器138和放大器140的环路控制。放大器137可以用于驱动发射天线114。
由发射天线114发射的TX雷达信号106被场景120中的对象反射并由接收天线116接收。使用混频器146将由接收天线116接收的回波与由发射天线114发射的信号的复制物混频，以产生中间频率(IF)信号xIF(t)(也称为拍频信号)。在一些实施例中，拍频信号xIF(t)具有10kHz和1MHz之间的带宽。带宽低于10kHz或高于1MHz的拍频信号也是可能的。放大器145可以用于从天线116接收反射的雷达信号。
拍频信号xIF(t)用低通滤波器(LPF)148滤波，并且然后由ADC 112采样。ADC 112有利地能够以远小于由接收天线116接收的信号的频率的采样频率对滤波后的拍频信号xout(t)进行采样。因此，在一些实施例中，使用FMCW雷达有利地允许ADC 112的紧凑且低成本的实现方式。
在一些实施例中包括滤波后的拍频信号xout(t)的数字化版本的原始数字数据xout_dig(n)被(例如，临时地)存储在例如每个接收天线116的Nc x Ns的矩阵中，其中Nc是帧中考虑的啁啾的数目，并且Ns是每个啁啾的样本的数目，以供处理系统104进一步处理。
图2示出了根据本发明的一个实施例的由TX天线114发射的啁啾106的序列。如图2所示，啁啾106被组织在多个帧中，并且可以实现为上啁啾。一些实施例可以使用下啁啾或者上啁啾和下啁啾的组合，诸如上下啁啾和下上啁啾。也可以使用其它波形形状。
如图2所示，每个帧可以包括多个啁啾106。例如，在一些实施例中，帧中的啁啾的数目是16。一些实施例可以包括：每帧多于16个啁啾，诸如20个啁啾、32个啁啾或更多；或者每帧少于16个啁啾，诸如10个啁啾、8个啁啾或更少。在一些实施例中，每个帧仅包括单个啁啾。
在一些实施例中，每FT时间重复帧。在一些实施例中，FT时间是50ms。也可以使用不同的FT时间，诸如：大于50ms，诸如60ms、100ms、200ms或更多；或者小于50ms，诸如45ms、40ms或更少。
在一些实施例中，选择FT时间，使得帧n的最后啁啾的开头与帧n+1的第一个啁啾的开头之间的时间等于PRT。其它实施例可以使用或导致不同的定时。
帧的啁啾之间的时间通常被称为脉冲重复时间(PRT)。在一些实施例中，PRT是5ms。也可以使用不同的PRT，诸如：小于5ms，诸如4ms、2ms或更少；或者大于5ms，诸如6ms或更多。
啁啾的持续时间(从开始到结束)通常被称为啁啾时间(CT)。在一些实施例中，啁啾时间可以是例如64μs。也可以使用更高的啁啾时间，诸如128μs或更高。也可以使用更低的啁啾时间。
在一些实施例中，啁啾带宽可以是例如4GHz。更高的带宽(诸如6GHz或更高)或更低的带宽(诸如2GHz、1GHz或更低)也可以是可能的。
在一些实施例中，毫米波雷达传感器902的采样频率可以是例如1MHz。更高的采样频率(诸如2MHz或更高)或更低的采样频率(诸如500kHz或更低)也可以是可能的。
在一些实施例中，用于生成啁啾的样本数目可以是例如64个样本。也可以使用更高数目的样本，诸如128个样本或更高，或更低数目的样本，诸如32个样本或更低。
当同时执行信号发射和接收时，在发射路径113与接收路径115之间可能发生串扰。从发射路径113到接收路径115的串扰通常覆盖具有高幅度的距离频谱的下部。例如，图3示出了根据本发明的一个实施例的与毫米波雷达传感器102相关联的示例性距离频谱300。距离频谱300从具有NS＝128、NC＝16、NR＝8和BW＝4GHz的单个帧的雷达数据(xout_dig(n))的所有啁啾和所有信道的快速傅立叶变换(FFT)和非相干积分获得，其中Nc是帧中考虑的啁啾的数目，Ns是每个啁啾的样本的数目，并且NR是接收天线116的数目，其中场景120是空的(不存在任何目标)并且其中发射天线114和接收天线116位于离地板1米处。
如图3所示，距离频谱300的第一距离分档(分档27和更低)由TX-RX串扰占主导。TX-RX串扰的低频分量由从发射路径113到接收路径115的直接发射引起，这导致非常小的往返延迟，并因此导致拍频信号xIF(t)的非常小的拍频频率。在距离分档27之后存在的反射是由于例如在大约1米的间距(由于雷达在地面上方1米的高度)处从地面的反射。
如图3所示，TX-RX串扰可以是接收信号中的主导低频分量，其可以利用扩展函数g0(τ)被建模为目标，该扩展函数具有在[0，τL]上的有界支持，其中τL＜＜1，因为串扰仅覆盖频谱的下部，其中L对应于表示与TX-RX串扰相关联的最高分档(图3中所示的示例中的分档27)的分档，τ表示归一化拍频频率，其中τ∈(0，1]，并且其中τ＝1对应于最大明确距离。
如图3所示，TX-RX串扰可能导致对近距离处的静态对象的检测极具挑战性。在目标具有相对较小的雷达横截面(RCS)的情况下尤其是这种情况。例如，图4示出了根据本发明的一个实施例的与毫米波雷达传感器102相关联的示例性距离频谱400。以与距离频谱300类似的方式获得距离频谱400，除了场景120包括塑料杆而不是空场景。如图4所示，在存在TX-RX串扰的情况下，可能难以检测位于与分档17相对应的间距处的塑料杆目标。
图5示出了根据本发明的一个实施例的分别与空场景和具有在1米处的目标的场景相关联的雷达数据xout_dig(n)的波形502和504。
如由曲线502所示(并且也如图3所示)，TX-RX串扰的贡献具有低频率。如由曲线504所示(并且也如图4所示)，当近距离处的目标存在时(例如，在毫米波雷达传感器102的视场中并且靠近毫米波雷达传感器，诸如在1米内)，反射信号(108)与TX-RX串扰叠加。
如图3至图5所示，可能期望例如在执行诸如目标检测、跟踪和/或分类的其他雷达处理任务之前补偿TX-RX串扰。图6示出了根据本发明的一个实施例的用于动态TX-RX串扰消除的实施例方法600的流程图。方法600可以由处理系统104实现。
在步骤602期间，毫米波雷达传感器(例如，102)使用一个或多个发射天线(例如，114)发射组织成帧的雷达信号(例如，106)。
在步骤604期间，毫米波雷达传感器使用一个或多个接收天线(例如，116)接收信号，接收信号可以包括反射的雷达信号(例如，108)。接收的信号可以组织成与在步骤602期间发射的帧相对应的帧。
在步骤606期间，基于接收的信号(其包括TX-RX串扰并且可以包括反射的雷达信号108)来生成原始数字数据xout_dig(n)。例如，在一些实施例中，在步骤606期间，(例如，使用混频器146)将发射和接收的信号混频以生成IF信号xIF(t)。然后(例如，用低通和/或带通滤波器)对IF信号xIF(t)进行滤波并用ADC(例如，112)进行数字化以生成雷达数据xout_dig(n)。
在步骤610期间，选择雷达数据xout_dig(n)的集合XS。例如，在一些实施例中，雷达数据xout_dig(n)的集合XS对应于来自雷达数据xout_dig(n)的啁啾的选择其中/>其中/>表示布置在矩阵中的对应于选择/>的啁啾。在一些实施例中，集合Xs包括所有雷达数据xout_dig(n)(啁啾的选择/>包括雷达数据xout_dig(n)中的所有啁啾)。在一些实施例中，集合Xs包括一些但不是全部雷达数据xout_dig(n)。
在步骤612期间，例如通过使用对雷达数据xout_dig(n)的集合XS执行的低阶多项式的最小二乘拟合，来确定TX-RX串扰的串扰近似。如由曲线502所示，在一些实施例中，这种最小二乘拟合可以表示TX-RX串扰的良好近似。在一些实施例中，可以使用低于10阶(诸如6阶)的多项式。
例如，在一些实施例中，针对XS的每列执行最小二乘拟合。例如，在不失一般性的情况下，令采样次数为n＝1，...，NS并且考虑如下式给出的次多项式
其中其中/>并且/>参数化该多项式，其中
并且
其中
最小二乘问题可以被给出为
minA‖XS-Pd(A)‖F, (5)
其中‖‖F表示Frobenius范数。令矩阵是具有元素B(i,j)＝ij-1的Vandermonde矩阵，使得pd(a)＝Ba且Pd(A)＝BA，线性最小二乘问题可以被给出为
minA‖XS-BA‖F, (6)
当具有满秩时，如果d≤NS，其具有唯一优化器，被给出为
Aopt＝(B′B)-1B′XS(7)
以及唯一最优值，其中如果B是实矩阵，则B’指代B的转置，并且如果B是复矩阵，则B’指代B的共轭转置(Hermitian)。拟合的多项式可以被给出为
Pd(Aopt)＝B(B′B)-1B′XS＝PBXS(8)
并且可以通过XS到range(B)上的正交投影PBXS获得。
在步骤614期间，执行TX-RX串扰的估计的残差的计算(在步骤612期间执行的串扰近似的残差的计算)。例如，在一些实施例中，例如通过从集合XS中减去多项式拟合来计算(在步骤612期间计算的)多项式拟合的残差。例如，在一些实施例中，残差XR可以被计算为
其对应于XS到(range(B))⊥上的投影，其中B′B以及B′XS可以以闭合形式获得。
如图5所示，残差XR可以指示近距离目标的存在。在步骤616期间，使用频谱估计器基于残差XR来确定频谱。例如，在一些实施例中，考虑实值原始ADC数据XS(尽管该方法可以不限于实值原始ADC数据并且可以应用于例如复值ADC数据的实部和虚部)，XS的距离频谱通过构造是对称的，并且距离频谱的仅一半包含有用信息。因此，频谱估计器可以仅被定义为从映射到/>的函数，其中附加因子q考虑在例如过采样的FFT网格上估计频谱的频谱估计器。例如，在一些实施例中，频谱估计器/>(其中/> ))使用具有/>个网格点的频谱网格来估计XR的距离频谱的有用部分，并且可以使用沿着XR的第一维的FFT(具有时域加窗)并通过仅考虑FFT频谱的前一半来生成距离频谱。在一些实施例中，残差XR的频谱PR可以由下式给出
在步骤618期间，对残差XR的频谱PR的前L个分档进行积分。例如，在一些实施例中，沿所有S对残差的距离频谱PR的前L个分档进行不相干(非相干)积分以获得频谱其可以被计算为
其中⊙表示逐元素的Hadamard矩阵乘积，PR *表示PR的复共轭，并且1S×1表示S维的全一向量，并且其中对应于受TX-RX串扰显著影响的最后距离分档。
在一些实施例中，频谱PD指示是否存在近距离目标。在步骤620期间，例如使用恒定误报警率(CFAR)来执行目标检测。在一些实施例中，可以在检测到第一目标之后终止CFAR。
如果在步骤622期间未检测到目标，则在步骤624期间更新串扰补偿因子Pest(其中串扰补偿因子Pest可以被预先初始化为例如默认值)。例如，令表示TX-RX串扰频谱的当前估计(例如，其被存储在处理系统104的存储器中)。此外，令/> 表示估计当前帧的雷达数据X中的每个啁啾和接收信道的距离频谱的频谱估计器，TX-RX串扰的频谱的估计可以根据给出为下式的指数移动平均(EMA)来更新：
Pest←αPest+(1-α)P(1:L,:,:),(12)其中P(1:L,:,:)表示的，其中X表示雷达数据xout_dig(n))原始ADC数据xout_dig(n)的估计距离频谱的前L个距离分档，并且α表示EMA的指数加权因子，其中0≤α≤1，并且其中←是暗示首先执行符号←右侧的操作并且然后将其分配给符号←左侧的变量的符号。更新的串扰补偿因子Pest可以被存储(例如，代替先前的串扰补偿因子Pest)在(例如，处理系统104的)(例如，易失性或非易失性)存储器中。
如果在步骤622期间检测到目标，则跳过步骤624。
在步骤626(其可以在步骤608和624(如果适用)之前、期间或之后执行)期间，估计雷达数据的频谱。例如，在一些实施例中，雷达数据xout_dig(n)的频谱P可以被给出为
其中是在步骤616期间使用的相同频谱估计器，并且其中X表示雷达数据xout_dig(n)。在一些实施例中，频谱估计器/>是距离FFT(range FFT)。在一些实施例中，频谱估计器/>是Capon估计器。其它估计器也可以用于执行步骤626和616。
在步骤628期间，基于存储的串扰补偿因子Pest来补偿在步骤626期间生成的频谱。例如，在一些实施例中，在步骤626期间生成的频谱P被补偿为
P(1:L,:,:)←P(1:L,:,:)-Pest.(14)在一些实施例中，L可以是例如qNS/2。在一些实施例中，在步骤626期间生成的补偿频谱有利地不受TX-RX串扰影响(或基本上不受影响)。
在步骤630期间，补偿频谱P用于例如以本领域中已知的方式检测、跟踪和/或分类目标。
如图6所示，步骤608(其包括610、612、614、616、618、620和622)作为分类器来操作，该分类器将XS分类为包括TX-RX串扰或包括TX-RX串扰加目标。同样如图6所示，仅当在集合XS的啁啾中未检测到目标时，才(在步骤624中)更新串扰补偿因子Pest(其指示在发射路径113与接收路径115之间的TX-RX串扰)。通过仅当未检测到目标时才更新串扰补偿因子Pest，一些实施例有利地补偿TX-RX串扰而不包括来自近距离目标的贡献，从而提高串扰消除的性能。
如图6所示，在一些实施例中，可以执行步骤618以通过执行不相干积分来生成残差的积分频谱。在一些实施例中，可以替代地执行相干积分(例如，利用附加的波束形成步骤)。在一些实施例中，可以省略步骤618，并且可以在(例如，在步骤618期间生成的)残差的非积分频谱中执行步骤620。
在一些实施例中，步骤608和步骤624(如果适用)以与雷达数据的帧速率相同的速率执行。通过以与帧速率相同的速率执行TX-RX串扰消除，一些实施例有利地快速适应新环境。例如，在一些实施例中，毫米波雷达传感器102可以在移动设备(例如智能电话)中实现，并且可以快速移动，诸如通过旋转或位移。快的TX-RX串扰消除速率可以有利地允许近距离目标检测，这可以改善例如用于操作智能电话的手势识别的性能。
在一些实施例中，步骤608和步骤624(如果适用)以比雷达数据的帧速率慢(诸如慢10倍或慢100倍)的速率执行。通过以比帧速率慢的速率执行TX-RX串扰消除，一些实施例有利地节省了计算能力。例如，在一些实施例中，影响TX-RX串扰的环境可以以较低的速率改变。例如，不移动并且放置在室内环境中(诸如在房间的天花板处)的毫米波雷达传感器可能不会经历TX-RX串扰的快速变化(例如，由于温度而引起的变化可能具有慢的时间常数)。因此，一些实施例可以通过使用慢速率的TX-RX串扰估计来有利地节省计算能力，而基本上不影响TX-RX串扰消除性能。在一些实施例中，TX-RX串扰消除(例如，步骤628)可以以比执行TX-RX串扰估计(例如，步骤608和624(如果适用))的速率更快的速率(例如，每一帧)来执行。
在一些实施例中，可以动态地改变TX-RX串扰消除速率。例如，在毫米波雷达传感器102在车辆中实现的实施例中，TX-RX串扰消除速率可以基于车辆的速度。例如，当车辆在红灯处停止时，TX-RX串扰消除速率可以是慢的(例如，比雷达帧速率慢10倍或100倍)。当车辆停止时具有慢的TX-RX串扰消除速率可以有利地节省计算能力和电池功率，而基本上不影响TX-RX串扰消除性能(因为环境可能不会非常快速地改变)。当车辆在高速公路中以高速移动时，TX-RX串扰消除速率可以是快的(例如，以与雷达的帧速率相同的速率)，这可以有利地改善当车辆以高速移动和转弯时TX-RX串扰消除的性能)。
例如，当与使用HPF来解决串扰(其可能引入最小距离约束)的雷达相比时，一些应用的优点包括针对近距离目标的改善的目标检测性能。附加的优点包括在用于检测静态目标的应用中消除TX-RX串扰的能力。
如图6所示，TX-RX串扰补偿可以在频域中执行(如由步骤628所示)。在一些实施例中，TX-RX串扰补偿可以在时域中执行。例如，图7示出了根据本发明的一个实施例的用于动态TX-RX串扰消除的实施例方法700的流程图。方法700可以由处理系统104实现。方法700与方法600类似，并且可以以与方法600类似的方式执行。然而，方法700包括用于在时域中补偿TX-RX串扰的步骤724和728，并且对经补偿的时域雷达数据xout_dig_comp(n)而不是对xout_dig(n)执行步骤626。
例如，在步骤724期间(当在雷达数据xout_dig(n)的集合XS中未检测到目标时)，更新串扰补偿因子Xcrosstalk，其中Xcrosstalk是时域补偿因子并且其中补偿因子Xcrosstalk可以被预先初始化为例如默认值。例如，在一些实施例中，Xcrosstalk对应于在步骤612期间生成的最佳拟合曲线，并且其可以基本上近似TX-RX串扰。可以使用EMA来执行对串扰补偿因子Xcrosstalk的更新，例如，作为
其中 将基于选择/>的最小二乘拟合Pd(Aopt)映射到Xcrosstalk中的对应元素。在一些实施例中，选择/>包含每个接收信道的至少一个啁啾以获得合理的映射/>
在一些实施例中，经补偿的雷达数据Xcomp可以被给出为
Xcomp＝X-Xcrosstalk, (16)
其中X表示雷达数据xout_dig(n)。
在步骤730期间，例如以与步骤730中类似的方式执行经补偿的雷达数据Xcomp的频谱。例如，在一些实施例中，经补偿的雷达数据的频谱被执行为
其中是在步骤616期间使用的相同频谱估计器。
在时域中实现TX-RX消除的一些实施例(例如，方法700)的优点包括实现TX-RX消除而不遭受TX-RX串扰的残差旁瓣。
这里概述了本发明的示例实施例。从本文提交的说明书和权利要求书的整体也可以理解其它实施例。
示例1.一种方法，包括：初始化串扰补偿因子，该串扰补偿因子指示在雷达传感器的发射路径与雷达传感器的接收路径之间的发射器-接收器串扰；从雷达传感器接收雷达数据；从雷达数据中选择数据集；对数据集执行目标检测；以及在对数据集执行目标检测之后，当在数据集中未检测到目标时，基于数据集来更新串扰补偿因子，并且在更新串扰补偿因子之后，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱，以及当在数据集中检测到目标时，在不更新串扰补偿因子的情况下，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱。
示例2.根据示例1的方法，还包括：确定对数据集的发射器-接收器串扰的串扰近似；基于多项式拟合和数据集来确定串扰近似的残差；以及确定串扰近似的残差的频谱，其中对数据集执行目标检测包括基于多项式拟合的残差的频谱对数据集执行目标检测。
示例3.根据示例1或2的方法，还包括：确定对数据集的多项式拟合；基于多项式拟合和数据集来确定多项式拟合的残差；以及确定多项式拟合的残差的频谱，其中对数据集执行目标检测包括基于多项式拟合的残差的频谱对数据集执行目标检测。
示例4.根据示例1至3中的一项的方法，其中确定多项式拟合包括对数据集执行低阶多项式的最小二乘拟合，其中低阶多项式是6和10之间的阶的多项式。
示例5.根据示例1至4中的一项的方法，还包括对多项式拟合的残差的频谱的前L个分档进行积分以生成积分频谱，L是大于1且低于或等于多项式拟合的残差的频谱的分档的最大数目的正整数，其中对数据集执行目标检测包括基于积分频谱对数据集执行目标检测。
示例6.根据示例1至5中的一项的方法，其中对多项式拟合的残差的频谱的前L个分档进行积分包括：对多项式拟合的残差的频谱的前L个分档进行不相干积分。
示例7.根据示例1至6中的一项的方法，其中生成雷达频谱和生成多项式拟合的残差的频谱包括：使用相同的频谱估计器。
示例8.根据示例1至7中的一项的方法，其中选择数据集并且对数据集执行目标检测包括：以与雷达数据的帧速率相同的速率选择数据集并且对数据集执行目标检测。
示例9.根据示例1至7中的一项的方法，其中选择数据集并且对数据集执行目标检测包括：以低于雷达数据的帧速率的速率选择数据集并且对数据集执行目标检测。
示例10.根据示例1至7中的一项的方法，其中选择数据集并且对数据集执行目标检测包括：以动态速率选择数据集并且对数据集执行目标检测。
示例11.根据示例1至10中的一项的方法，还包括：基于雷达数据和串扰补偿因子，以比对数据集执行目标检测更快的速率生成雷达频谱。
示例12.根据示例1至11中的一项的方法，其中对数据集执行目标检测包括：使用恒定误报警率(CFAR)对数据集执行目标检测。
示例13.根据示例1至12中的一项的方法，还包括：在检测到第一目标时终止对数据集的目标检测。
示例14.根据示例1至13中的一项的方法，其中更新串扰补偿因子包括：使用指数移动平均来更新串扰补偿因子。
示例15.根据示例1至14中的一项的方法，其中串扰补偿因子包括串扰频谱，并且其中生成雷达频谱包括：基于雷达数据来生成第一雷达频谱；以及从第一雷达频谱中减去串扰频谱。
示例16.根据示例1至14中的一项的方法，其中串扰补偿因子包括时域串扰估计，并且其中生成雷达频谱包括：从雷达数据中减去时域串扰估计以生成经补偿的雷达数据；以及基于经补偿的雷达数据来生成雷达频谱。
示例17.根据示例1至16中的一项的方法，其中数据集包括多个线性啁啾。
示例18.根据示例1至17中的一项的方法，还包括基于来自雷达传感器的接收路径的信号来生成雷达数据。
示例19.根据示例1至18中的一项的方法，还包括基于雷达频谱来执行目标检测或目标跟踪。
示例20.根据示例1至19中的一项的方法，其中雷达传感器是毫米波雷达传感器。
示例21.根据示例1至20中的一项的方法，其中数据集是从雷达数据中选择的雷达数据子集。
示例22.一种雷达系统，包括：雷达传感器，其被配置为经由发射路径发射雷达信号，经由接收路径接收反射的雷达信号，并且基于接收路径的输出来提供雷达数据；以及处理系统，其被配置为：初始化指示在发射路径与接收路径之间的发射器-接收器串扰的串扰补偿因子，从雷达数据中选择数据集，对数据集执行目标检测，以及在对数据集执行目标检测之后，当在数据集中未检测到目标时，基于数据集来更新串扰补偿因子，并且在更新串扰补偿因子之后，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱，以及当在数据集中检测到目标时，在不更新串扰补偿因子的情况下，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱。
示例23.一种方法，包括：初始化串扰补偿因子，该串扰补偿因子指示在毫米波雷达传感器的发射路径与毫米波雷达传感器的接收路径之间的发射器-接收器串扰；从毫米波雷达传感器接收雷达数据；从雷达数据中选择数据子集；确定对数据子集的多项式拟合；基于多项式拟合和数据子集来确定多项式拟合的残差；以及确定多项式拟合的残差的频谱；对多项式拟合的残差的频谱的前L个分档进行不相干积分以生成积分频谱，L是大于1且低于多项式拟合的残差的频谱的分档的最大数目的正整数；基于积分频谱对数据子集执行目标检测；在对数据子集执行目标检测之后，当在数据子集中未检测到目标时，基于数据子集来更新串扰补偿因子，并且在更新串扰补偿因子之后，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱，以及当在数据子集中检测到目标时，在不更新串扰补偿因子的情况下，基于雷达数据和串扰补偿因子来生成雷达频谱；以及基于雷达频谱来执行目标检测或目标跟踪。
示例24.一种方法，包括：从雷达传感器接收雷达数据；从雷达数据中选择数据集；基于数据集来确定在雷达传感器的发射路径与雷达传感器的接收路径之间的发射器-接收器串扰的串扰近似；基于串扰近似和数据集来确定串扰近似的残差；确定串扰近似的残差的频谱；以及基于串扰近似的残差的频谱对数据集执行目标检测。
示例25.根据示例24的方法，其中确定串扰近似包括确定对数据集的多项式拟合，并且其中确定串扰近似的残差包括从数据集中减去串扰近似。
虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述不旨在以限制的意义来解释。对于本领域技术人员来说，在参考说明书后，说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其它实施例将是显而易见的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施例。
Claims (25)
1.一种方法，包括：
初始化串扰补偿因子，所述串扰补偿因子指示在雷达传感器的发射路径与所述雷达传感器的接收路径之间的发射器-接收器串扰；
从所述雷达传感器接收雷达数据；
从所述雷达数据中选择数据集；
对所述数据集执行目标检测；以及
在对所述数据集执行所述目标检测之后，
当在所述数据集中未检测到目标时，基于所述数据集来更新所述串扰补偿因子，在更新所述串扰补偿因子之后，基于所述雷达数据和所述串扰补偿因子来生成雷达频谱，以及
当在所述数据集中检测到目标时，在不更新所述串扰补偿因子的情况下，基于所述雷达数据和所述串扰补偿因子来生成所述雷达频谱。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定所述发射器-接收器串扰的串扰近似；
基于所述串扰近似和所述数据集来确定所述串扰近似的残差；以及
确定所述串扰近似的所述残差的频谱，其中对所述数据集执行所述目标检测包括基于所述串扰近似的所述残差的所述频谱对所述数据集执行所述目标检测。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述串扰近似包括确定对所述数据集的多项式拟合，其中确定所述串扰近似的所述残差包括基于所述多项式拟合和所述数据集来确定所述多项式拟合的残差，并且其中确定所述串扰近似的所述残差的所述频谱包括确定所述多项式拟合的残差。
4.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述多项式拟合包括对所述数据集执行低阶多项式的最小二乘拟合，其中所述低阶多项式是6和10之间的阶的多项式。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括对所述多项式拟合的所述残差的所述频谱的前L个分档进行积分以生成积分频谱，L是大于1且低于或等于所述多项式拟合的所述残差的所述频谱的分档的最大数目的正整数，其中对所述数据集执行所述目标检测包括基于所述积分频谱对所述数据集执行所述目标检测。
6.根据权利要求5所述的方法，其中对所述多项式拟合的所述残差的所述频谱的所述前L个分档进行积分包括：对所述多项式拟合的所述残差的所述频谱的所述前L个分档进行不相干积分。
7.根据权利要求2所述的方法，其中生成所述雷达频谱和生成所述串扰近似的所述残差的所述频谱包括：使用相同的频谱估计器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述数据集并且对所述数据集执行所述目标检测包括：以与所述雷达数据的帧速率相同的速率选择所述数据集并且对所述数据集执行所述目标检测。
9.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述数据集并且对所述数据集执行所述目标检测包括：以低于所述雷达数据的帧速率的速率选择所述数据集并且对所述数据集执行所述目标检测。
10.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述数据集并且对所述数据集执行所述目标检测包括：以动态速率选择所述数据集并且对所述数据集执行所述目标检测。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述雷达数据和所述串扰补偿因子，以比对所述数据集执行所述目标检测更快的速率生成所述雷达频谱。
12.根据权利要求1所述的方法，其中对所述数据集执行所述目标检测包括：使用恒定误报警率(CFAR)对所述数据集执行所述目标检测。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括在检测到第一目标时终止对所述数据集的所述目标检测。
14.根据权利要求1所述的方法，其中更新所述串扰补偿因子包括使用指数移动平均来更新所述串扰补偿因子。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述串扰补偿因子包括串扰频谱，并且其中生成所述雷达频谱包括：
基于所述雷达数据来生成第一雷达频谱；以及
从所述第一雷达频谱中减去所述串扰频谱。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述串扰补偿因子包括时域串扰估计，并且其中生成所述雷达频谱包括：
从所述雷达数据中减去所述时域串扰估计以生成经补偿的雷达数据；以及
基于所述经补偿的雷达数据来生成所述雷达频谱。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据集包括多个线性啁啾。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括基于来自所述雷达传感器的所述接收路径的信号来生成所述雷达数据。
19.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述雷达频谱来执行目标检测或目标跟踪。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述雷达传感器是毫米波雷达传感器。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据集是从所述雷达数据中选择的雷达数据子集。
22.一种雷达系统，包括：
雷达传感器，其被配置为经由发射路径发射雷达信号，经由接收路径接收反射的雷达信号，并且基于所述接收路径的输出来提供雷达数据；以及
处理系统，其被配置为：
初始化串扰补偿因子，所述串扰补偿因子指示在所述发射路径与所述接收路径之间的发射器-接收器串扰，
从所述雷达数据中选择数据集，
对所述数据集执行目标检测，以及
在对所述数据集执行所述目标检测之后，
当在所述数据集中未检测到目标时，基于所述数据集来更新所述串扰补偿因子，并且在更新所述串扰补偿因子之后，基于所述雷达数据和所述串扰补偿因子来生成雷达频谱，以及
当在所述数据集中检测到目标时，在不更新所述串扰补偿因子的情况下，基于所述雷达数据和所述串扰补偿因子来生成所述雷达频谱。
23.一种方法，包括：
初始化串扰补偿因子，所述串扰补偿因子指示在毫米波雷达传感器的发射路径与所述毫米波雷达传感器的接收路径之间的发射器-接收器串扰；
从所述毫米波雷达传感器接收雷达数据；
从所述雷达数据中选择数据子集；
确定对所述数据子集的多项式拟合；
基于所述多项式拟合和所述数据子集来确定所述多项式拟合的残差；以及
确定所述多项式拟合的所述残差的频谱；
对所述多项式拟合的所述残差的所述频谱的前L个分档进行不相干积分以生成积分频谱，L是大于1且低于所述多项式拟合的所述残差的所述频谱的分档的最大数目的正整数；
基于所述积分频谱对所述数据子集执行目标检测；
在对所述数据子集执行所述目标检测之后，
当在所述数据子集中未检测到目标时，基于所述数据子集来更新所述串扰补偿因子，并且在更新所述串扰补偿因子之后，基于所述雷达数据和所述串扰补偿因子来生成雷达频谱，以及
当在所述数据子集中检测到目标时，在不更新所述串扰补偿因子的情况下，基于所述雷达数据和所述串扰补偿因子来生成所述雷达频谱；以及
基于所述雷达频谱来执行目标检测或目标跟踪。
24.一种方法，包括：
从雷达传感器接收雷达数据；
从所述雷达数据中选择数据集；
基于所述数据集，确定在所述雷达传感器的发射路径与所述雷达传感器的接收路径之间的发射器-接收器串扰的串扰近似；
基于所述串扰近似和所述数据集来确定所述串扰近似的残差；
确定所述串扰近似的所述残差的频谱；以及
基于所述串扰近似的所述残差的所述频谱对所述数据集执行目标检测。
25.根据权利要求24所述的方法，其中确定所述串扰近似包括确定对所述数据集的多项式拟合，并且其中确定所述串扰近似的所述残差包括从所述数据集中减去所述串扰近似。
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