CN209961907U - 一种毫米波雷达测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种毫米波雷达测量装置，包括至少一个发射链路以及至少一个接收链路；所述至少一个发射链路包括：啁啾信号源，第一放大器，二进制移相器，第二放大器，发射天线；所述至少一个接收链路，包括：接收天线，混频器，带通滤波器以及A/D转换单元，计算单元，将接收到的所述数字信号进行第一次距离维傅里叶变换，并经序列整合后输出测量结果。从而获得增强的测量信号。

Description

一种毫米波雷达测量装置

技术领域

本申请涉及雷达测量技术领域，尤其涉及一种毫米波雷达测量装置。

背景技术

近年来，随着人民生活水平的提高，汽车保有量不断增加，而另一方面由于驾驶员对周边环境感知的不充分而引发的交通事故也越来越频繁，造成大量的人员和财产损失。毫米波雷达因为其出色全天候的探测和感知能力，被越来越多的应用在汽车高级辅助驾驶系统中，来提高驾驶员对周围环境的感知能力。

通常，在汽车毫米波雷达领域，调频连续波(Frequercy Todulated CortiruousWave，FTCW)因为距离分辨率高的优点而被广泛应用。图1毫米波雷达提供的感知数据包括，目标相对雷达的径向距离，目标相对于雷达的径向速度，目标相对于雷达位置角度，以及目标反射回波信号强度的衡量值。毫米波雷达系统中一般采用数字波束赋形来实现波达方向角的估计，示意图如图2所示，而测量的精度跟接收天线的数目成正比，即接收天线数越多，测量的角度准确率和精度会更高，设计上一般采用多入多出(MIMO)方式来实现虚拟的多个接收天线数量。

然而，现实中受设备或技术所限，并不能无限制的增加过多的发射、接收天线，因此如何在有限的发射、接收天线的情况下提高雷达测量精度就成为急迫解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种毫米波雷达测量装置，以解决上述技术问题之一。

本申请实施例提供一种毫米波雷达测量装置，包括：

至少一个发射链路，包括：

啁啾信号源，用于产生啁啾信号；

第一放大器，输入端与所述啁啾信号源输出端连接，用于接收并放大所述啁啾信号；

二进制移相器，输入端与所述第一放大器输出端连接，所述二进制移相器经序列a配置后对所述啁啾信号调制；

第二放大器，输入端与所述二进制移相器输出端连接，用于放大调制后的啁啾信号；

发射天线，输入端与所述第二放大器输出端连接，用于发射放大后的调制啁啾信号；

至少一个接收链路，包括：

接收天线，用于接收所述发射天线发射的由目标反射的接收信号；

混频器，与所述接收天线连接，用于将所述接收信号与本地啁啾信号混频后产生模拟中频信号；

带通滤波器以及A/D转换单元，顺次与所述混频器连接，所述模拟中频信号经带通滤波和A/D采样后输出数字信号；

计算单元，将接收到的所述数字信号进行第一次距离维傅里叶变换，并经序列整合后输出测量结果。

可选的，所述接收链路的数量为r，各个所述接收链路之间的距离间隔相等为d；所述发射链路的数量为t，各个所述发射链路之间的距离间隔相等为dt，满足关系dt＝r*d。

可选的，所述接收链路的数量r为4，所述发射链路的数量t为2。

本申请的实施例通过采用发射天线1和发射天线2同时发射，来实现增加虚拟接收天线数量目的，在TD-MIMO系统中需要补偿因为交替发射时间差和多普勒频移而引入的相位差，本申请采用正交调制码调制啁啾发射序列，实现更多的虚拟接收天线数量，进而可以有效的提高目标相对于雷达的角度测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术毫米波雷达测量原理示意图；

图2为现有技术毫米波雷达接收天线原理示意图；

图3为本申请实施例提供的毫米波雷达测量装置结构示意图；

图4为本申请实施例提供的毫米波雷达测量装置信号调制示意图；

图5为本申请实施例提供的毫米波雷达测量装置的硬件结构示意图；

图6为本申请实施例提供的毫米波雷达测量装置实验效果示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。

如图5所示，本申请实施例提供一种毫米波雷达测量装置，包括至少一个发射链路以及至少一个接收链路；

所述至少一个发射链路包括：啁啾信号源，用于产生啁啾信号；第一放大器，输入端与所述啁啾信号源输出端连接，用于接收并放大所述啁啾信号；二进制移相器，输入端与所述第一放大器输出端连接，所述二进制移相器经序列a配置后对所述啁啾信号调制；第二放大器，输入端与所述二进制移相器输出端连接，用于放大调制后的啁啾信号；发射天线，输入端与所述第二放大器输出端连接，用于发射放大后的调制啁啾信号；

所述至少一个接收链路，包括：接收天线，用于接收所述发射天线发射的由目标反射的接收信号；混频器，与所述接收天线连接，用于将所述接收信号与本地啁啾信号混频后产生模拟中频信号；带通滤波器以及A/D转换单元，顺次与所述混频器连接，所述模拟中频信号经带通滤波和A/D采样后输出数字信号；计算单元，将接收到的所述数字信号进行第一次距离维傅里叶变换，并经序列整合后输出测量结果。

可选的，所述接收链路的数量为r，各个所述接收链路之间的距离间隔相等为d；所述发射链路的数量为t，各个所述发射链路之间的距离间隔相等为dt，满足关系dt＝r*d。

可选的，本实施方式中，为了叙述简便，所述接收链路的数量为4，所述发射链路的数量为2进行说明。

硬件电路示意图如图5所示，发射链路为啁啾信号源产生啁啾信号，啁啾信号为线性调频信号也即FMCW信号，在本申请中，啁啾信号源信号被分配给两路发射链路和四路接收链路的混频器，发射链路将接收到的啁啾信号进行放大后送到二进制相移器，二进制相移器将依据序列a或者序列b的要求根据啁啾(chirp)位置进行0或者180度相移，具体相移过程和相移步骤将在下文信号处理中详细举例描述。最后，相移后的啁啾信号经过末级放大器放大到合适的空口电平后经由发射天线辐射到空间。

发射链路辐射到空间的信号经由目标反射后被接收天线接收，经低噪声放大器放大后，进入混频器，在混频器内和本地啁啾信号源产生的啁啾信号混频后产生中频信号，中频信号经由带通滤波器滤波后进入A/D转换器，A/D转换器将模拟中频信号转换为数字信号后，进行第一次距离维的FFT计算，将计算后的距离维FFT进行序列整合，序列整合具体步骤将在信号处理中详细描述。

为了更加具体的清楚描述本实用新型一种提高毫米波雷达测量精度的方法，本实施例将给出具体实施步骤，但显而易见的是本实施例所列具体实施方式仅仅是为了更加具体描述本申请，并不能用于限制本申请的保护范围。具体实施步骤如下：

步骤S102，搭建雷达硬件系统，本申请对硬件系统的要求是，具有多个接收链路，假设接收链路的数量为r，各个接收天线之间的距离间隔相等为d。同时具有多个发射链路，假设发射链路的数量为t，各个发射天线之间的距离间隔相等为dt，要求dt＝r*d。通过本申请方法，可以使接收链路总数包含虚拟接收链路数量为r*t。本申请方法还要求发射链路具有二进制移相器(birary phase shifter)如图5中所示，要求能对发射波形进行0度或者180度相位调制。

步骤S104，根据设计要求，选定正交序列长度，进而选取正交序列，可以是m序列，再或者正交性更好的Gold序列，我们以8位长度的m序列为例，假设序列a＝(1,1,1,-1,-1,1,-1,1),序列b＝(1,1,-1,-1,1,-1,1,1),

序列特性需要满足：序列自身相按位相乘加和后等于序列长度，非零值。而序列之间按位相乘相加后结果为零，序列之间正交。

正交序列的重要特性是序列a与序列a按位相乘再相加结果为：

a.*a＝1*1+1*1+1*1+(-1)*(-1)+(-1)*(-1)+1*1+(-1)*(-1)+1*1＝8，

序列a与序列b按位相乘再相加结果为：

a.*b＝1*1+1*1+1*(-1)+(-1)*(-1)+(-1)*1+1*(-1)+(-1)*1+1*1＝0。

步骤S106，我们以步骤S104序列a和序列b为例，将正交序列的1和-1映射到发射链路0/180度二进制移相器上，比如将数字1对应二进制移相器(binary phase shifter)为0度，-1对应二进制移相器(binary phase shifter)180度，即根据序列a和b中1或者-1调制发射链路的二进制相位偏移，类似二进制相移键控。将序列a和序列b，分别映射到图3中发射天线1和2上，比如可以将序列a映射到发射天线1上，将序列b映射到发射天线2上。

步骤S108，天线和序列映射完毕后，我们以发射天线1为例，将图4中啁啾1与序列a的第一位即1相乘，也即啁啾1的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)设置为0度，啁啾2与序列a的第二位即1相乘，也即啁啾2的发射链路二进制移相器(binary phaseshifter)设置为0度，啁啾3与序列a的第三位即1相乘，也即啁啾3的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)设置为0度，同理将序列a按位与啁啾序列1到8相乘，也即对应于序列a来讲，啁啾1的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位为0度，啁啾2的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位为0度，啁啾3的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位为0度，啁啾4的发射链路二进制移相器(binary phaseshifter)相位为180度，啁啾5的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位为180度，啁啾6的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位为0度，啁啾7的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位为180度，啁啾8的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位为0度。

同理发射天线2的1到8啁啾相位设置依据b＝(1,1,-1,-1,1,-1,1,1)设置为啁啾1对应b(1)＝1,即啁啾1发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位设置为0度，啁啾2对应b(2)＝1,即啁啾2的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位设置为0度，啁啾3对应b(3)＝-1,即啁啾3的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位设置为180度，啁啾4对应b(4)＝-1,即啁啾4的发射链路二进制移相器(binary phaseshifter)相位设置为180度，啁啾5对应b(1)＝1,即啁啾5的发射链路二进制移相器(binaryphase shifter)相位设置为0度，啁啾6对应b(1)＝-1,即啁啾6的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位设置为180度，啁啾7对应b(1)＝0,即啁啾7的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位设置为0度，啁啾8对应b(8)＝1,即啁啾8的发射链路二进制移相器(binary phase shifter)相位设置为0度。

步骤S110，天线1和天线2同时发射，发射天线1和发射天线2同时发射的啁啾信号，经空间目标反射后，接收天线1将同时接收发射天线1和发射天线2的回波反射信号，此混合信号A/D转换，快速傅里叶变换后得到距离维FFT，如图4所示，每个啁啾序列将得到一列或者一次距离维的FFT，我们用符号c来代表，c也是一维数组，其长度取决于啁啾信号持续时间内的A/D转换点数，例如，在一个啁啾内A/D采样点数为512，将512个采样点进行快速傅里叶变换(FFT)后将得到512点离散傅里叶。啁啾序列1到8，将产生距离维快速傅里叶变换结果(FFT)c1到c8，共8个一维数组。

步骤S112，按照步骤S102的硬件要求，图3中发射天线1和发射天线2之间的间距为dt，同时接收天线1和虚拟接收天线1之间的间距也应该为dt。将发射天线1对应的正交序列a和发射天线2对应的正交序列b，分别与接收链路1距离维FFT c1到c8相乘后相加，即序列a＝(1,1,1,-1,-1,1,-1,1)与物理接收链路1的快速傅里叶变换(FFT)结果c1到c8相乘相加后的结果为1*c1+1*c2+1*c3+(-1)*c4+(-1)*c5+1*c6+(-1)*c7+1*c8,将此结果记录为图3中经正交序列分离后的接收天线1距离维FFT数据。

同理，b＝(1,1,-1,-1,1,-1,1,1)与FFT c1到c8相乘相加后的结果为1*c1+1*c2+(-1)*c3+(-1)*c4+1*c5+(-1)*c6+1*c7+1*c8,将此结果记录为图3中虚拟接收天线1距离维FFT数据。

同理接收天线2的距离维FFT结果c1到c8也分别与序列a和序列b相乘相加后得到图3中接收天线2距离维FFT数据和虚拟天线2距离维FFT数据。以此类推接收天线3和接收天线4以及虚拟接收天线3和虚拟接收天线4的距离维FFT数据，共实现4路接收天线以及4路虚拟接收天线，在接收效果上与1路发射天线以及8路接收天线效果相同。从而达到了虽然只有4路接收物理链路，但在角度测量精度上达到8路接收链路的效果。

至此，通过本方法通过两个发射链路和4个接收链路，成功的实现1路发射链路，8路接收链路的测量效果。图6给出四路接收天线和八路接收天线角度测量对比，显然大大提高了雷达测量精度。

本申请的实施例通过采用发射天线1和发射天线2同时发射，来实现增加虚拟接收天线数量目的，在TD-MIMO系统中需要补偿因为交替发射时间差和多普勒频移而引入的相位差，本申请采用正交调制码调制啁啾发射序列，实现更多的虚拟接收天线数量，进而可以有效的提高目标相对于雷达的角度测量精度。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种毫米波雷达测量装置，其特征在于包括：

至少一个发射链路，包括：

啁啾信号源，用于产生啁啾信号；

第一放大器，输入端与所述啁啾信号源输出端连接，用于接收并放大所述啁啾信号；

二进制移相器，输入端与所述第一放大器输出端连接，所述二进制移相器经序列a配置后对所述啁啾信号调制；

第二放大器，输入端与所述二进制移相器输出端连接，用于放大调制后的啁啾信号；

发射天线，输入端与所述第二放大器输出端连接，用于发射放大后的调制啁啾信号；

至少一个接收链路，包括：

接收天线，用于接收所述发射天线发射的由目标反射的接收信号；

混频器，与所述接收天线连接，用于将所述接收信号与本地啁啾信号混频后产生模拟中频信号；

带通滤波器以及A/D转换单元，顺次与所述混频器连接，所述模拟中频信号经带通滤波和A/D采样后输出数字信号；

计算单元，将接收到的所述数字信号进行第一次距离维傅里叶变换，并经序列整合后输出测量结果。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收链路的数量为4，所述发射链路的数量为2。

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