CN116819533B - 雷达处理模组、雷达及雷达探测方法 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例中提供雷达处理模组、雷达及雷达探测方法，模组包括：第一处理芯片和第二处理芯片，第一处理芯片通信连接第一收发天线阵列以基于回波信号获取被探测到的每个当前目标的第一目标探测信息；通信连接第一处理芯片的第二处理芯片，从第一处理芯片接收第一目标探测信息并根据第二收发天线阵列的第二回波信号获取当前目标的第二目标探测信息；基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定它们所属的当前目标，以及基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角。非级联芯片的探测方案可扩大可选芯片范围，且非级联的架构的硬件实现较容易。非级联方案使芯片按异步时序工作，噪声低。
Description
技术领域
本公开涉及雷达探测技术领域，尤其涉及雷达处理模组、雷达及雷达探测方法。
背景技术
4D雷达在自动驾驶中扮演者必不可缺的角色，与传统雷达不同的是，4D雷达具备测量目标的俯仰角的能力，且角分辨率比传统雷达要高。在自动驾驶领域，常见的目标探测方案包括雷达探测和基于摄像头(如单目/双目)的视觉系统，这些方案可以单独实施或组合实施。雷达又可按探测波的类型不同分为毫米波雷达和激光雷达。其中，4D毫米波雷达与激光雷达和摄像头相比，具有全天时全天候工作的优点。
角度测量原理中，需要通过多个接收天线接收同一个目标的回波信号来计算相位差从而实现方位角的测量。要想实现俯仰角的测量，就必须增加通道的数量。当前市面上的4D雷达通常采用多雷达处理器级联技术来提高物理天线数量，级联意味着芯片之间时序同步。但是，如此一来，所选择的芯片必须具备级联功能，则导致芯片选型范围受限。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本公开的目的在于提供雷达处理模组、雷达及雷达探测方法，解决相关技术中的问题。
本公开第一方面提供一种雷达处理模组，包括：第一处理芯片，通信连接第一收发天线阵列，用于在当前目标探测周期，基于所述第一收发天线阵列的回波信号获取被探测到的每个当前目标的第一目标探测信息；所述第一目标探测信息包括第一距离、第一速度、及第一方位角；第二处理芯片，通信连接第二收发天线阵列、及第一处理芯片，所述第二收发天线阵列与第一收发天线阵列之间按预设方位关系排布成二维面阵；所述第二处理芯片，用于在当前目标探测周期，从所述第一处理芯片接收所述第一目标探测信息，并根据所述第二收发天线阵列的第二回波信号获取当前目标的第二目标探测信息；所述第二目标探测信息包括第二距离、第二速度、及第二方位角；以及，基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定它们所属的当前目标，以及基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角。
在第一方面的实施例中，所述基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定所属的当前目标，包括：基于第一目标探测信息和第二目标探测信息在距离及速度上的匹配，确定匹配的当前目标。
在第一方面的实施例中，所述第二处理芯片，还用于生成每个当前目标在当前目标探测周期的探测结果数据，所述探测结果数据包括：当前速度、当前距离、水平角及所述俯仰角；其中，所述当前速度基于相匹配的各速度均值计算得到，所述当前距离基于相匹配的各距离均值计算得到，所述水平角为所述第一方位角。
在第一方面的实施例中，所述第一收发天线阵列沿水平方向排布，所述第二收发天线阵列沿上下方向排布。
在第一方面的实施例中，所述基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角，包括：基于多入多出技术，得到对应于第一收发天线阵列的第一等效阵列、以及对应于第二收发天线阵列的第二等效阵列；所述第一等效阵列和第二等效阵列为相互呈预设夹角的均匀线阵；所述预设夹角由所述预设方位关系确定；基于沿第一等效阵列排布方向设置的第一虚拟阵元和第二虚拟阵元、以及与所述第一虚拟阵元之间沿所述第二等效阵列排布方向设置的第三虚拟阵元中两两之间的相位差和已知间距、以及基于所述预设夹角的三角函数所表示的各所述已知间距之间的尺寸关系，计算所述俯仰角；其中，所述第一虚拟阵元和第二虚拟阵元之间的第一相位差相关于所述第一方位角和第一已知间距，所述第二虚拟阵元和第三虚拟阵元之间的第二相位差相关于所述第二方位角和第二已知间距，所述第一虚拟阵元和第三虚拟阵元之间的第三相位差相关于所述俯仰角和第三已知间距。
在第一方面的实施例中，所述基于沿第一等效阵列排布方向设置的第一虚拟阵元和第二虚拟阵元、以及与所述第一虚拟阵元之间沿所述第二等效阵列排布方向设置的第三虚拟阵元中两两之间的相位差和已知间距、以及基于所述预设夹角的三角函数所表示的各所述已知间距之间的尺寸关系，计算所述俯仰角，包括：由第一等效阵列中的第一虚拟阵元和第二虚拟阵元同第二等效阵列中的第三虚拟阵元构成一直角三角形的三个顶点，所述第一虚拟阵元位于交叉点上，所述第二虚拟阵元位于直角顶点上；所述第一已知间距、第二已知间距同第三已知间距为所述直角三角形的各边，它们之间关系基于所述预设夹角的三角函数表示；获得所述第一相位差的第一计算函数，所述第一计算函数基于所述第一已知间距、及第一虚拟阵元所探测到的当前目标的第一方位角计算所述第一相位差；获得所述第二相位差的第二计算函数，所述第二计算函数基于所述第二已知间距、及第三虚拟阵元所探测到的所述当前目标的第二方位角计算所述第二相位差；获得所述第三相位差的第三计算函数，所述第三计算函数基于所述第三已知间距、及所述当前目标的俯仰角计算所述第三相位差；基于所述第一计算函数、第二计算函数、第三计算函数以及基于所述预设夹角的三角函数关系，计算得到所述俯仰角。
在第一方面的实施例中，所述俯仰角的计算关系为：
其中，θ1为当前目标的第一方位角，θ2为所述当前目标的第二方位角，θ3为所述当前目标的俯仰角；θ4为所述预设夹角。
在第一方面的实施例中，所述第一处理芯片，用于发送工作指令至所述第二处理芯片，以触发第二处理芯片执行第二目标探测信息的获取动作；所述第二处理芯片，还用于在输出每个当前目标的探测结果数据之后，发送触发信号至第一处理芯片以触发下一目标探测周期；和/或，所述第一处理芯片和第二处理芯片为单片微波集成电路芯片。
本公开第二方面提供一种雷达，包括：如第一方面中任一项所述的雷达处理模组、所述第一收发天线阵列、及所述第二收发天线阵列。
本公开第三方面提供一种雷达探测方法，应用于如第二方面任一项所述的雷达，包括：在当前目标探测周期，根据第一收发天线阵列所发出的第一探测信号的每个第一回波信号，获取被探测到的每个当前目标的第一目标探测信息；所述第一目标探测信息包括第一距离、第一速度、及第一方位角；接收所述第一目标探测信息，并根据第二收发天线阵列的第二回波信号获取当前目标的第二目标探测信息；所述第二收发天线阵列与第一收发天线阵列之间按预设方位关系排布成二维面阵；所述第二目标探测信息包括第二距离、第二速度、及第二方位角；基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定它们所属的当前目标，以及基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角。
如上所述，本公开实施例中提供雷达处理模组、雷达及雷达探测方法，雷达处理模组包括：第一处理芯片，通信连接第一收发天线阵列，用于在当前目标探测周期，基于所述第一收发天线阵列的回波信号获取被探测到的每个当前目标的第一目标探测信息；第二处理芯片，通信连接第二收发天线阵列和第一处理芯片，从所述第一处理芯片接收所述第一目标探测信息，并根据所述第二收发天线阵列的第二回波信号获取当前目标的第二目标探测信息；基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定它们所属的当前目标，以及基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角。实现非级联芯片的探测方案，扩大可选芯片范围，便于快速开发和系统搭建。且非级联的架构的硬件实现较容易。非级联方案使芯片按异步时序工作，噪声低；数据传输和处理有优势。另外，在测角算法方面，第一收发天线阵列和第二收发天线阵列之间可以设计为呈特定夹角，此夹角可以根据天线设计及雷达规格大小设计进行改变，利用这种阵列可以求解出俯仰角度，求解算法相对简单，不会复杂。
附图说明
图1展示本公开一实施例中雷达处理模组的结构示意图。
图2a展示本公开一实施例中第一收发天线阵列和第二收发天线阵列的等效阵列的排布示意图。
图2b展示本公开另一实施例中第一收发天线阵列和第二收发天线阵列的等效阵列的示意图。
图3展示本公开另一实施例中基于第一等效阵列和第二等效阵列计算俯仰角的原理示意图。
图4展示本公开一实施例中雷达探测方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体示例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本公开所揭露的消息轻易地了解本公开的其他优点与功效。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用模块，本公开中的各项细节也可以根据不同观点与应用模块，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面以附图为参考，针对本公开的实施例进行详细说明，以便本公开所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本公开可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。
在本公开的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本公开的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或一组实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本公开中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于表示目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的表示中，“一组”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了明确说明本公开，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。
在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
虽然在一些示例中术语第一、第二等在本文中用来表示各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等表示。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组，但不排除一个或一组其他特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本公开。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。
虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本公开所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的消息相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。
目前，在自动驾驶领域，4D雷达已成为非常重要的一种环境探测设备，相比于3D雷达而言，4D雷达可以测量目标的俯仰角，以提供更加立体的探测结果。基于探测信号波类型的不同，比如毫米波或光波等，4D雷达可以分为激光雷达和毫米波雷达。以4D毫米波雷达为例，根据毫米波雷达的角度测量的原理，多个接收天线接收同一目标的回波信号，计算相位差以进一步计算方位角。3D雷达可以通过一维的信号收发阵列来测量目标的水平角。4D雷达需要通过两维的收发天线阵列来测量目标的水平角和俯仰角。
由此，4D毫米波雷达相比于3D毫米波雷达就需要增加物理天线的数量。通常，业界常见方案中通过级联处理器的方案，多个处理器按照同步时序进行工作，控制各自所连接收发天线阵列进行目标探测，发射天线发送的探测信号波击中目标后反射形成回波信号，被对应的接收天线接收并传输到所连接的处理器，进行计算得到目标的探测结果，包括速度、距离、水平角、俯仰角等。
但是，级联处理器的方案会导致只能在支持级联功能的芯片范围内挑选，实现方案受到很大限制，提高了研发难度和成本。
鉴于此，本公开实施例中提供雷达处理模组，以解决相关技术中的问题。
如图1所示，展示本公开一实施例中雷达处理模组的结构示意图。
在图1中，所述雷达处理模组可以包括：第一处理芯片101和第二处理芯片102。所述第一处理芯片101和第二处理芯片102之间通信连接，两者以非级联连接工作，即两颗芯片的时序不同步，在雷达发射天线发射信号和接收天线接收信号过程中，两颗芯片不能做到所有收发天线同时同步的控制。示例性地，所述第一处理芯片101和第二处理芯片102之间的通信协议可以是串行外设接口(SPI)协议。或者，在其它实施例中，也可以是例如I2C、UART等协议。所述第一处理芯片101通信连接第一收发天线阵列103，所述第二处理芯片102通信连接第二收发天线阵列104，均可用于探测目标以得到目标的相关信息，如距离、速度、方位角等。在一些实施例中，所述第一处理芯片101和第二处理芯片102为集成单片微波集成电路芯片(MMIC)、DSP、MCU、ADC的SoC芯片。
所述第一处理芯片101通信连接第一收发天线阵列103，用于在当前目标探测周期，基于所述第一收发天线阵列103的回波信号获取被探测到的每个当前目标的第一目标探测信息。所述第一目标探测信息包括第一距离、第一速度、及第一方位角。
毫米波雷达基本工作原理是利用高频电路产生特定调制频率(FMCW)的电磁波，并通过天线发送电磁波和接收从目标反射回来的电磁波，可以同时对多个目标进行测距、测速以及方位角测量。其中，测速是根据多普勒效应，通过计算返回接收天线的回波信号的频率变化就可以得到目标相对于雷达的运动速度，和飞行时间，从而来得到目标物距离。方位测量(包括水平角度和垂直角度)是通过天线的阵列收到同一目标反射的雷达波的相位差计算得到目标的方位角。示例性地，所述第一收发天线阵列103可用于水平测角，则所述第一方位角为目标的水平角。
在一些实施例中，所述第一收发天线阵列103包括多个第一发射天线131和多个第一接收天线132，示例性地如图1所展示，第一发射天线131可以有沿直线排列的3个，第一接收天线132有直线排列的4个，所述多个第一发射天线131和多个第一接收天线132的直线排列方向之间平行。所述第一收发天线阵列103基于多进多出(MIMO)技术，可以实现各第一发射天线131和第一接收天线132之间的复用。以3发射天线和4接收天线为示例，可以等效成1发12收的第一等效阵列，包含12个用于接收回波信号的虚拟阵元。示例性地，所述第一等效阵列可以是均匀线阵，即12个虚拟阵元沿直线方向等间距排列。对应于探测目标的水平方向，所述第一等效阵列可以沿水平方向等距排列各虚拟阵元。
所述第二处理芯片102通信连接第二收发天线阵列104。所述第二收发天线阵列104与第一收发天线阵列103之间按预设方位关系排布成二维面阵。同理于第一收发天线阵列103，所述第二收发天线阵列104基于MIMO技术可以形成第二等效阵列。在图1中，所述第二收发天线阵列104也示例为包括3个第二发射天线141和4个第二接收天线142，则也可以等效成1发12收的第二等效阵列。所述第二收发天线阵列104也可以是均匀线阵。所述第二等效阵列可以呈现为上下排列的形式，其中“上下排列”的方式指的并非仅是沿竖直方向，也包含斜方向的上、下分分布。另外，所述预设方位关系可以是第一等效天阵列和第二等效阵列所延伸直线方向之间形成预设夹角，则若所述第一等效天线阵列可为水平方向排布的均匀线阵，所述第二等效阵列为斜向上成预设夹角排布的均匀线阵。
如图2a所示，展示本公开一实施例中第一等效阵列15和第二等效阵列16的排布示意图。
在图2a实施例中，所述第一等效阵列15和第二等效阵列16为均匀线阵，分别包括12个虚拟阵元，所述第一等效阵列15水平方向设置，所述第二等效阵列16斜向上设置，与第一等效阵列15之间延长线夹角(锐角)为α。MIMO可以实现通道分离，所述第一等效阵列15和第二等效阵列16之间不同发射信号的回波信号，波形分集的方法包括发射端的时分(TDM)，接收端基于距离域、多普勒域或角度域的方案。等效阵列可以平移而仍然维持等效。
例如，如图2b所示，展示本公开由一实施例中第一等效阵列15和第二等效阵列16的排布示意图。
在图2b实施例中，所述第一等效阵列15和第二等效阵列16为均匀线阵，分别包括12个虚拟阵元，所述第一等效阵列15水平方向设置，所述第二等效阵列16斜向上设置，与第一等效阵列15之间延长线夹角(锐角)为α。与图2a实施例的区别在于，图2b中的所述第一等效阵列15和第二等效阵列16可以是交叉的，然仍然是与图2a中的阵列布局相互等效的。
所述第二处理芯片，用于在当前目标探测周期，从所述第一处理芯片接收所述第一目标探测信息，并根据所述第二收发天线阵列的第二回波信号获取当前目标的第二目标探测信息。所述第二目标探测信息包括第二距离、第二速度、及第二方位角。由于所述第二收发天线阵列及其第二等效阵列16斜向上下设置，则测得的第二方位角实际上包含了目标的上下角度的信息，就可以用于解算俯仰角。
具体的，所述第二处理芯片基于第一目标探测信息和第二目标探测信息进行匹配，以确定它们所属的每同一个当前目标。进一步地，基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角。在一些实施例中，可以通过第一目标探测信息和第二目标探测信息中速度和距离的匹配来确定同一个当前目标。具体的，对于同一个当前目标而言，第一处理芯片和第二处理芯片探测到的速度和距离均应该匹配的(理论上是相同的，实际上误差在预设阈值范围内)，因此可以利用距离相近作为特征以分辨目标。由此，利用第一目标探测信息和第二目标探测信息中的速度和距离匹配，可以确定地定位每个目标并得到属于每个目标的第一目标探测信息和第二目标探测信息，以每个目标的第一方位角和第二方位角进行俯仰角的计算。
在一些实施例中，基于毫米波天线测角原理，目标相对于接收天线a的方位角可以基于接收天线a和接收天线b之间的相位差、以及接收天线a和接收天线b之间的物理间距得到，表示为：
则可以得到/>
其中，为相位差；d为接收天线之间的间距，可为预先已知；θ为方位角，λ为电磁波波长。
根据此原理，基于沿第一等效阵列15排布方向设置的第一虚拟阵元和第二虚拟阵元、以及与所述第一虚拟阵元之间沿所述第二等效阵列16排布方向设置的第三虚拟阵元中两两之间的相位差和已知间距、以及基于所述预设夹角的三角函数所表示的各所述已知间距之间的尺寸关系，计算所述俯仰角。其中，所述第一虚拟阵元和第二虚拟阵元之间的第一相位差相关于所述第一方位角和第一已知间距，所述第二虚拟阵元和第三虚拟阵元之间的第二相位差相关于所述第二方位角和第二已知间距，所述第一虚拟阵元和第三虚拟阵元之间的第三相位差相关于所述俯仰角和第三已知间距。
具体可参考图3，展示本公开另一实施例中基于第一等效阵列和第二等效阵列计算俯仰角的原理示意图。
在图3中，根据图2b所示意的等效阵列可以平移的原理，通过构造第一等效阵列和第二等效阵列为所需机构的均匀线阵，可由由第一等效阵列中的第一虚拟阵元和第二虚拟阵元同第二等效阵列中的第三虚拟阵元构成一直角三角形的三个顶点。所述第一虚拟阵元位于交叉点上(即可与一第二等效阵列中的一个虚拟阵元重合)，所述第二虚拟阵元位于直角顶点上。所述第一已知间距、第二已知间距同第三已知间距为所述直角三角形的各边。通过以上，两个等效阵列中的3个阵元之间可以构造成一个直角三角形，且由于预先设计了两个等效阵列之间的预设方位关系(即预设夹角)，则三条边之间关系基于所述预设夹角的三角函数表示。
在一个目标探测周期中，第一收发天线阵列发、收信号和第一处理芯片计算第一目标探测信息并传输到第二处理芯片，再由第二收发天线阵列发、收信号和第二处理芯片计算第二目标探测信息。可以理解的是，第一收发天线阵列和第二收发天线阵列在一个目标探测周期中的信号收、发的时间比较接近，因此可以直接利用上式来描述第一虚拟阵元或第二虚拟阵元同第三虚拟阵元之间的相位差关系。
由此，可以获得所述第一相位差的第一计算函数，所述第一计算函数基于所述第一已知间距、及第一虚拟阵元所探测到的当前目标的第一方位角计算所述第一相位差。举例来说，设第一相位差为第一已知间距为d1，第一方位角为θ1，可以得到第一计算函数，如式(1)：
第一虚拟阵元位于两个等效阵列的交叉点，故可以获得所述第二相位差的第二计算函数，所述第二计算函数基于所述第二已知间距、及第三虚拟阵元所探测到的所述当前目标的第二方位角计算所述第二相位差。举例来说，设第二相位差为第一已知间距为d2；第二方位角为θ2；可以得到第二计算函数，如式(2)：
再者，获得所述第三相位差的第三计算函数，所述第三计算函数基于所述第三已知间距、及所述当前目标的俯仰角计算所述第三相位差。举例来说，设第二相位差为第一已知间距为d3；俯仰角为θ3；可以得到第三计算函数，如式(3)：
另外，由于第一收发天线阵列和第二收发天线阵列之间预设方位关系形成预设夹角，所述预设夹角设为θ4，则可以基于所述直角三角形得到式(4)和式(5)：d1＝d3cosθ4(4)，d2＝d3sinθ4(5)。
由此，基于所述第一计算函数、第二计算函数、第三计算函数以及基于所述预设夹角的三角函数关系，计算得到所述俯仰角。
具体的，联立式(1)～(5)：
d1＝d3cosθ4(4)
d2＝d3sinθ4(5)
可得到式(6)：
由此，通过式(6)即可求解俯仰角。需说明的是，由式(6)计算得到的俯仰角可能是正或负的，正负号可以表示方向，例如以从水平线向上或向下中的一个方向为正，则另一个方向则为负。
所述第二处理芯片，还可用于生成当前目标在当前目标探测周期对每个目标的探测结果数据，所述探测结果数据包括：当前速度、当前距离、水平角及所述俯仰角；其中，所述当前速度可以基于相匹配的各速度均值计算得到，所述当前距离可以基于相匹配的各距离均值计算得到。所述水平角为所述第一方位角，即为水平设置的第一天线阵列测得目标的水平角。
再举一场景示例说明以上原理。假设远处由两个目标，目标1和目标2。雷达上电开始工作，在当前目标探测周期，第一处理芯片(简称芯片1)通过第一收发天线阵列发送chirp信号并接收到目标1、目标2反射回来的回波，进行混频后，对信号进行ADC数据采样，得到原始数据ADC RawData，芯片1内部的DSP处理ADC数据，得到目标1和目标2的第一距离、第一速度、和第一方位角度数据。芯片1到此工作完成，通过通信连接(SPI)发送工作指令以触发第二处理芯片(简称芯片2)准备进行工作，并将测得的目标1和目标2的第一距离、第一速度、和第一方位角度数据传到芯片2。芯片2得到芯片1传过来的工作指令后，通过第二收发天线阵列发射chirp信号并接收到回波后进行处理，得到目标1和目标2的第二距离、第二速度、第二方位角度。雷达的测角和阵列的排布相关，即芯片1和芯片2测得的同个目标的距离和速度是相同，即第一距离和第二距离相同且第一速度和第二速度相同，故对实际可以是在误差阈值范围内，例如匹配原理为距离误差和速度误差分别小于0.5m和0.5m/s则认为是同一个目标。利用阵列天线排布不同角度会有所不同(存在预设方位关系所确定的预设夹角)，则根据设计的阵列排布以及芯片1和芯片2得到的同个目标的角度，根据式(1)～(5)可以解算出水平角和俯仰角，从而达到4D毫米波雷达的效果。解算出所有目标的探测结果数据后，芯片2可以将所有目标的探测结果数据输出，然后通过SPI触发芯片1进行下一次的目标检测。
本公开实施例中的方案与相关技术中的方案不同。相关技术中的方案是采用级联芯片来提高雷达的通道数量，而本公开实施例中提供的是非级联芯片的方案。级联芯片通常需要将多颗芯片的原始数据(ADC RawData)传到同一个地方进行处理，传输数据量大，而且同时处理大量数据也需要芯片具备比较强的计算能力。
一方面，本公开实施例中方案采用本公开实施例中的非级联芯片结构，能够有更多的芯片型号支持，进行工程实现，适用于现阶段已有的非常成熟的芯片型号，便于快速开发和系统搭建。并且，非级联的架构在硬件上也相对简单，实现较容易。
另一方面，由于收发隔离的原因所导致的发射天线和接收天线同时工作时发射信号未到达目标直接进入到接收天线，这会造成抬高底部噪声，当同时发射和接收的天线数量增多时，这种噪声将更加明显。本公开实施例中的非级联的芯片结构意味着同一时刻只有一个芯片工作，这时雷达接收端的噪声相对会更低。再一方面，数据传输及处理方面具有优势。在测角算法方面，设计出呈特定夹角的阵列，此夹角可以根据天线设计及雷达规格大小设计进行改变，利用这种阵列可以求解出俯仰角度，求解算法相对简单，不会复杂。在传输方面，芯片是分时工作的，单颗芯片的原始数据在本身进行处理，处理数据的压力小，而且只需将得到的第一目标探测信息(距离、速度、角度信息)进行传输，数据量较小。
另外，本公开实施例中的雷达与现有4D雷达测角不同的是，可以设计具有预设方位关系收发天线阵列，且它们的等效阵列为均匀线阵，通过两根均匀线阵之间的预设方位关系，可以根据两组收发天线阵列分别测得的水平角度和耦合角度解出俯仰角。
本公开再一实施例中可以提供一种雷达，包括：前述实施例中的雷达处理模组、所述第一收发天线阵列、及所述第二收发天线阵列。所述雷达可实现为4D毫米波雷达。
如图4所示，展示本公开一实施例中雷达探测方法的流程示意图。所述雷达探测防范可以应用于具有所述雷达处理模组的雷达。在一些实施例中，所述雷达探测方法可以由雷达处理模组中的第一处理级芯片和第二处理芯片运行程序指令实现。所述雷达探测方法的实现原理可以参考之前的雷达处理模组的实施例，此处不做重复赘述。
所述雷达探测方法包括：
步骤S401：在当前目标探测周期，根据第一收发天线阵列所发出的第一探测信号的每个第一回波信号，获取被探测到的每个当前目标的第一目标探测信息。
步骤S401由第一处理芯片执行。其中，所述第一目标探测信息包括第一距离、第一速度、及第一方位角。所述第一处理芯片还可以发送工作指令和第一目标探测信息到通信连接的第二处理芯片。
步骤S402：接收所述第一目标探测信息，并根据第二收发天线阵列的第二回波信号获取当前目标的第二目标探测信息。
步骤S402可由第二处理芯片执行，第二处理芯片基于接收到所述工作指令触发执行步骤S402，并接收所述第一目标探测信息。其中，所述第二收发天线阵列与第一收发天线阵列之间按预设方位关系排布成二维面阵，例如第一收发天线阵列水平排列，第二收发天线阵列斜向上排列，两个排列方向之间成预设夹角。示例性地，所述第一收发天线阵列和第二收发天线阵列可以等效为互成预设夹角的均匀线阵，第一等效阵列可以水平排列以探测目标的水平角度，第二等效阵列斜向上排列以探测耦合角度(即第二方位角，耦合有水平和垂直相关的角度信息，故称为“耦合”)，并进一步结合预设夹角求得目标的俯仰角。
所述第二目标探测信息包括第二距离、第二速度、及第二方位角。
步骤S403：基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定它们所属的当前目标。
即例如通过距离和速度的匹配，来确定同一目标。
步骤S404：基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角。
步骤S403、S404也由第二处理芯片执行，具体计算方式可以参考图3，此处不作重复赘述。
综上所述，本公开实施例中提供雷达处理模组、雷达及雷达探测方法，雷达处理模组包括：第一处理芯片，通信连接第一收发天线阵列，用于在当前目标探测周期，基于所述第一收发天线阵列的回波信号获取被探测到的每个当前目标的第一目标探测信息；第二处理芯片，通信连接第二收发天线阵列和第一处理芯片，从所述第一处理芯片接收所述第一目标探测信息，并根据所述第二收发天线阵列的第二回波信号获取当前目标的第二目标探测信息；基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定它们所属的当前目标，以及基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角。
本公开实施例实现非级联芯片的探测方案，扩大可选芯片范围，便于快速开发和系统搭建。且非级联的架构的硬件实现较容易。非级联方案使芯片按异步时序工作，噪声低；数据传输和处理有优势。另外，在测角算法方面，第一收发天线阵列和第二收发天线阵列之间可以设计为呈特定夹角，此夹角可以根据天线设计及雷达规格大小设计进行改变，利用这种阵列可以求解出俯仰角度，求解算法相对简单，不会复杂。
上述实施例仅例示性说明本公开的原理及其功效，而非用于限制本公开。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本公开的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本公开所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本公开的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种雷达处理模组，其特征在于，包括：
第一处理芯片，通信连接第一收发天线阵列，用于在当前目标探测周期，基于所述第一收发天线阵列的回波信号获取被探测到的每个当前目标的第一目标探测信息；
所述第一目标探测信息包括第一距离、第一速度、及第一方位角；
第二处理芯片，通信连接第二收发天线阵列、及第一处理芯片，所述第二收发天线阵列与第一收发天线阵列之间按预设方位关系排布成二维面阵；所述第二处理芯片，用于在当前目标探测周期，从所述第一处理芯片接收所述第一目标探测信息，并根据所述第二收发天线阵列的第二回波信号获取当前目标的第二目标探测信息；所述第二目标探测信息包括第二距离、第二速度、及第二方位角；以及，基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定它们所属的当前目标，以及基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角；
所述基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角，包括：
基于多入多出技术，得到对应于第一收发天线阵列的第一等效阵列、以及对应于第二收发天线阵列的第二等效阵列；所述第一等效阵列和第二等效阵列为相互呈预设夹角的均匀线阵；所述预设夹角由所述预设方位关系确定；
基于沿第一等效阵列排布方向设置的第一虚拟阵元和第二虚拟阵元、以及与所述第一虚拟阵元之间沿所述第二等效阵列排布方向设置的第三虚拟阵元中两两之间的相位差和已知间距、以及基于所述预设夹角的三角函数所表示的各所述已知间距之间的尺寸关系，计算所述俯仰角；其中，所述第一虚拟阵元和第二虚拟阵元之间的第一相位差相关于所述第一方位角和第一已知间距，所述第二虚拟阵元和第三虚拟阵元之间的第二相位差相关于所述第二方位角和第二已知间距，所述第一虚拟阵元和第三虚拟阵元之间的第三相位差相关于所述俯仰角和第三已知间距；
所述基于沿第一等效阵列排布方向设置的第一虚拟阵元和第二虚拟阵元、以及与所述第一虚拟阵元之间沿所述第二等效阵列排布方向设置的第三虚拟阵元中两两之间的相位差和已知间距、以及基于所述预设夹角的三角函数所表示的各所述已知间距之间的尺寸关系，计算所述俯仰角，包括：
由第一等效阵列中的第一虚拟阵元和第二虚拟阵元同第二等效阵列中的第三虚拟阵元构成一直角三角形的三个顶点，所述第一虚拟阵元位于交叉点上，所述第二虚拟阵元位于直角顶点上；所述第一已知间距、第二已知间距同第三已知间距为所述直角三角形的各边，它们之间关系基于所述预设夹角的三角函数表示；
获得所述第一相位差的第一计算函数，所述第一计算函数基于所述第一已知间距、及第一虚拟阵元所探测到的当前目标的第一方位角计算所述第一相位差；
获得所述第二相位差的第二计算函数，所述第二计算函数基于所述第二已知间距、及第三虚拟阵元所探测到的所述当前目标的第二方位角计算所述第二相位差；
获得所述第三相位差的第三计算函数，所述第三计算函数基于所述第三已知间距、及所述当前目标的俯仰角计算所述第三相位差；
基于所述第一计算函数、第二计算函数、第三计算函数以及基于所述预设夹角的三角函数关系，计算得到所述俯仰角；
所述俯仰角的计算关系为：
其中，θ1为当前目标的第一方位角，θ2为所述当前目标的第二方位角，θ3为所述当前目标的俯仰角；θ4为所述预设夹角。
2.根据权利要求1所述的雷达处理模组，其特征在于，所述基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定所属的当前目标，包括：
基于第一目标探测信息和第二目标探测信息在距离及速度上的匹配，确定匹配的当前目标。
3.根据权利要求2所述的雷达处理模组，其特征在于，所述第二处理芯片，还用于生成每个当前目标在当前目标探测周期的探测结果数据，所述探测结果数据包括：当前速度、当前距离、水平角及所述俯仰角；其中，所述当前速度基于相匹配的各速度均值计算得到，所述当前距离基于相匹配的各距离均值计算得到，所述水平角为所述第一方位角。
4.根据权利要求1所述的雷达处理模组，其特征在于，所述第一收发天线阵列沿水平方向排布，所述第二收发天线阵列沿上下方向排布。
5.根据权利要求1所述的雷达处理模组，其特征在于，所述第一处理芯片，用于发送工作指令至所述第二处理芯片，以触发第二处理芯片执行第二目标探测信息的获取动作；所述第二处理芯片，还用于在输出每个当前目标的探测结果数据之后，发送触发信号至第一处理芯片以触发下一目标探测周期；和/或，所述第一处理芯片和第二处理芯片为单片微波集成电路芯片。
6.一种雷达，其特征在于，包括：
如权利要求1至5中任一项所述的雷达处理模组、所述第一收发天线阵列、及所述第二收发天线阵列。
7.一种雷达探测方法，其特征在于，应用于如权利要求6所述的雷达，包括：
在当前目标探测周期，根据第一收发天线阵列所发出的第一探测信号的每个第一回波信号，获取被探测到的每个当前目标的第一目标探测信息；所述第一目标探测信息包括第一距离、第一速度、及第一方位角；
接收所述第一目标探测信息，并根据第二收发天线阵列的第二回波信号获取当前目标的第二目标探测信息；所述第二收发天线阵列与第一收发天线阵列之间按预设方位关系排布成二维面阵；所述第二目标探测信息包括第二距离、第二速度、及第二方位角；
基于第一目标探测信息和第二目标探测信息的匹配确定它们所属的当前目标，以及基于每个当前目标的第一方位角、第二方位角及预设方位关系，计算当前目标的俯仰角。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3339894A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-27 | Airbus Defence and Space GmbH | A multiple input multiple output, mimo, radar system |
| CN109444891A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-03-08 | 浙江力邦合信智能制动系统股份有限公司 | 一种毫米波雷达天线系统及解耦方法 |
| CN211717407U (zh) * | 2020-05-09 | 2020-10-20 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 二维面形变测量雷达及其测量系统 |
| CN112180372A (zh) * | 2020-08-19 | 2021-01-05 | 福瑞泰克智能系统有限公司 | 一种基于双角雷达的目标检测方法、装置和雷达系统 |
| CN112346042A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-02-09 | 麦堆微电子技术（上海）有限公司 | Ka频段毫米波雷达高度计 |
| WO2021092722A1 (zh) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 雷达组件、无人机、障碍物检测方法、设备及存储介质 |
| CN114624656A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-06-14 | 北京卫星信息工程研究所 | 星载多基线双波段雷达系统及其空间目标探测方法 |
| CN115728722A (zh) * | 2021-08-30 | 2023-03-03 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 4d雷达的天线阵列、数据探测方法及4d雷达 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9733340B2 (en) * | 2014-11-21 | 2017-08-15 | Texas Instruments Incorporated | Techniques for high arrival angle resolution using multiple nano-radars |
| US11532869B2 (en) * | 2017-04-27 | 2022-12-20 | Sony Corporation | Radar antenna array for three-dimensional imaging |
-
2023
- 2023-07-05 CN CN202310818550.3A patent/CN116819533B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3339894A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-27 | Airbus Defence and Space GmbH | A multiple input multiple output, mimo, radar system |
| CN109444891A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-03-08 | 浙江力邦合信智能制动系统股份有限公司 | 一种毫米波雷达天线系统及解耦方法 |
| WO2021092722A1 (zh) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 雷达组件、无人机、障碍物检测方法、设备及存储介质 |
| CN211717407U (zh) * | 2020-05-09 | 2020-10-20 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 二维面形变测量雷达及其测量系统 |
| CN112180372A (zh) * | 2020-08-19 | 2021-01-05 | 福瑞泰克智能系统有限公司 | 一种基于双角雷达的目标检测方法、装置和雷达系统 |
| CN112346042A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-02-09 | 麦堆微电子技术（上海）有限公司 | Ka频段毫米波雷达高度计 |
| CN115728722A (zh) * | 2021-08-30 | 2023-03-03 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 4d雷达的天线阵列、数据探测方法及4d雷达 |
| CN114624656A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-06-14 | 北京卫星信息工程研究所 | 星载多基线双波段雷达系统及其空间目标探测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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