DE102018119858B4 - Dopplermessungen zum Auflösen der Einfallswinkel-Ambiguität von Radar mit weiter Apertur - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Auflösen einer Ambiguität des Einfallswinkels (AOA) in einem Radarsystem (110), wobei das Verfahren umfasst:Empfangen von empfangenen Reflexionen an einer Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N), wobei jeder Transceiverknoten (115-A - 115-N) unter der Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N) des Radarsystems (110) eine oder mehrere der empfangenen Reflexionen bei jeweiligen einem oder mehreren Empfangselementen empfängt;Bestimmen von Kandidaten-AOAs θ̂ibasierend auf Phasendifferenzen in den empfangenen Reflexionen an der Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N);Bestimmen von Dopplerfrequenzenƒdibasierend auf den empfangenen Reflexionen; undAuswählen eines geschätzten AOA θ̂ aus den Kandidaten-AOAs θ̂ibasierend auf Übereinstimmungsmetriken µizwischen den Doppler-Frequenzen und den Kandidaten-AOAs θ̂i.

Description

• EINLEITUNG
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Dopplermessungen zum Auflösen der Einfallswinkel-Ambiguität von Radar mit weiter Apertur.
• Zur Hintergrundinformation sei an dieser Stelle vorab auf die DE 10 2018 101 120 A1 verwiesen.
• Fahrzeuge (z. B. Automobile, Lastwagen, Baumaschinen, Landmaschinen, automatisierte Fabrikausrüstung) werden zunehmend mit Sensorsystemen ausgestattet, die einen verbesserten oder automatisierten Fahrzeugbetrieb ermöglichen. Ein Radarsystem ist ein Sensorsystem, das Radiowellen oder -impulse sendet und die resultierenden Reflexionen von Zielen empfängt. Typischerweise schätzt ein Radarsystem den Winkel zu einem Ziel basierend auf der Phasendifferenz zwischen einer empfangenen Reflexion und einem gemeinsamen Referenzsignal bei jedem Empfänger. Die Phasendifferenz, die von jedem Empfänger erfahren wird, kann verwendet werden, um die Schätzung des Winkels zu dem Ziel zu verfeinern. Während eine hohe Winkelauflösung durch Radar mit weiter Apertur erhalten wird (d. h. ein vergrößertes Sichtfeld), führt ein größerer Abstand (d. h. ein Abstand, der mehr als der Hälfte der Wellenlänge des gemeinsamen Referenzsignals entspricht) zwischen den Empfängern zu Phasendifferenzen, die bei jedem Empfänger um mehr als π auftreten. Dies führt zu einer Mehrdeutigkeit bei den Winkelmessungen, die von den verschiedenen Empfängern erhalten werden. Demgemäß ist es wünschenswert, Dopplermessungen bereitzustellen, um die Einfallswinkel-Ambiguität von Radar mit weiter Apertur aufzulösen.
• KURZDARSTELLUNG
• In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Auflösen einer Ambiguität des Einfallswinkels (AOA) in einem Radarsystem das Empfangen von empfangenen Reflexionen an einer Vielzahl von Transceiverknoten. Jeder Transceiverknoten unter der Vielzahl von Transceiverknoten des Radarsystems empfängt eine oder mehrere der empfangenen Reflexionen an jeweiligen einem oder mehreren Empfangselementen. Das Verfahren beinhaltet auch das Bestimmen von Kandidaten-AOAs θ̂_i basierend auf Phasendifferenzen in den empfangenen Reflexionen an der Vielzahl von Transceiverknoten und das Bestimmen von Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^i$

  

  basierend auf den empfangenen Reflexionen. Ein geschätzter AOA θ̂ wird aus den Kandidaten-AOAs θ̂_i basierend auf Übereinstimmungsmetriken µ_i zwischen den Doppler-Frequenzen und den Kandidaten-AOAs θ̂_i ausgewählt.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale, wird eine Matrix A der tatsächlich empfangenen Signale a(θ_i) entwickelt. Jedes a(θ_i) ist ein Vektor der tatsächlich empfangenen Signale an jedem der einen oder der Vielzahl von Empfangselemente von jedem der Vielzahl von Transceiverknoten für einen gegebenen tatsächlichen AOA θ_i.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale wird ein Strahlformungsergebnis z für einen Vektory der empfangenen Reflexionen an der Vielzahl von Transceiverknoten bestimmt als: $$z=\Vert A^{H}y\Vert ,$$

  

  wobei
  H eine hermitesche Transponierte anzeigt.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale, beinhalten die Bestimmung der Kandidaten-AOAs θ̂_i das Identifizieren von Vektorelementen des Strahlformungsergebnisses z, die über einem spezifizierten Schwellenwert liegen.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale, beinhaltet die Bestimmung der Doppler-Frequenzen ${ƒ}_d^i$

  

  das Identifizieren von Werten eines Dopplerspektrums, das von den empfangenen Reflexionen erhalten wird, die einen bestimmten Wert an jedem der Vielzahl von Transceiverknoten überschreiten.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale wird eine Beziehung zwischen den Doppler-Frequenzen ${ƒ}_d^i$

  

  und AOA γ_i an jedem der Vielzahl von Transceiverknoten, für i=1 bis L, bestimmt als: $$\left[\begin{array}{c}{ƒ}_d^1\\ {ƒ}_d^2\\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {ƒ}_d^L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left({\gamma }_1\right)& \text{cos}\left({\gamma }_1\right)\\ \text{sin}\left({\gamma }_2\right)& \text{cos}\left({\gamma }_2\right)\\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \text{sin}\left({\gamma }_L\right)& \text{cos}\left({\gamma }_L\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\end{array}\right],$$

  

  wobei
  v_x und v_y horizontale und vertikale Geschwindigkeiten eines Ziels sind, das jeweils die empfangenen Reflexionen erzeugt.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale wird die Beziehung neugeschrieben basierend auf $$f=\left[\begin{array}{c}{ƒ}_d^1\\ {ƒ}_d^2\\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {ƒ}_d^L\end{array}\right],G_{{\theta }_i}\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left({\gamma }_1\right)& \text{cos}\left({\gamma }_1\right)\\ \text{sin}\left({\gamma }_2\right)& \text{cos}\left({\gamma }_2\right)\\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \text{sin}\left({\gamma }_L\right)& \text{cos}\left({\gamma }_L\right)\end{array}\right],\text{ und }v=\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\end{array}\right],$$

  

  als $$ƒ=G_{{\theta }_i}v.$$

  
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale, wird ein Geschwindigkeitsvektor v̂ des Ziels geschätzt als: $$\widehat{v}={\text{min}}_v{\Vert ƒ-G_{{\theta }_i}v\Vert }^p,$$

  

  wobei
  p einen Leistungswert mit p > 0 repräsentiert.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale, wird ein Geschwindigkeitsvektor v̂ des Ziels geschätzt als: $$\widehat{v}={\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^Hƒ.$$

  
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale, werden die Übereinstimmungsmetriken µ_i bestimmt als: $${\mu }_i={\Vert \left(I-G_{{\theta }_i}{\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^H\right)f\Vert }^p,$$

  

  wobei p ein Leistungswert mit p>0 ist, I ist eine Identitätsmatrix und das Auswählen des geschätzten AOA θ̂̂ basiert auf der Identifizierung eines Minimums µ_i.
• In einer anderen exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein System zum Auflösen einer Ambiguität der Einfallswinkel (AOA) in einem Radarsystem eine Vielzahl von Transceiverknoten zum Empfangen empfangener Reflexionen. Jeder Transceiverknoten unter der Vielzahl von Transceiverknoten des Radarsystems ist konfiguriert zum Empfangen einer oder mehrere der empfangenen Reflexionen an jeweiligen einem oder mehreren Empfangselementen. Das System enthält auch eine Steuerung zum Bestimmen von Kandidaten-AOAs θ̂_i basierend auf Phasendifferenzen in den empfangenen Reflexionen an der Vielzahl von Transceiverknoten, zum Bestimmen von Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^i$

  

  basierend auf den empfangenen Reflexionen und zum Auswählen eines geschätzten AOAs θ̂ aus den Kandidaten AOAs θ̂_i basierend auf Übereinstimmungsmetriken µ_i zwischen den Doppler-Frequenzen und den Kandidaten-AOAs θ̂_i.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale erzeugt die Steuerung eine Matrix A der tatsächlich empfangenen Signale a(θ_i), wobei jedes a(θ_i) ein Vektor der tatsächlich empfangenen Signale an jedem der einen oder mehreren Empfangselemente von jedem der Vielzahl von Transceiverknoten für einen gegebenen tatsächlichen AOA θ_i ist.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung ein Strahlformungsergebnis z für den Vektor y der empfangenen Reflexionen an der Vielzahl von Transceiverknoten als: $$z=\Vert A^{H}y\Vert ,$$

  

  wobei
  H eine hermitesche Transponierte anzeigt.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung die Kandidaten-AOAs θ̂_i basierend auf dem Identifizieren von Vektorelementen des Strahlformungsergebnisses z, die über einem spezifizierten Schwellenwert liegen.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung die Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^i$

  

  basierend auf dem Identifizieren von Werten eines Dopplerspektrums, das von den empfangenen Reflexionen erhalten wird, die einen bestimmten Wert an jedem der Vielzahl von Transceiverknoten überschreiten.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung eine Beziehung zwischen den Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^i$

  

  und AOA γ_i an jedem der Vielzahl von Transceiverknoten, für i=1 bis L, als: $$\left[\begin{array}{c}{ƒ}_d^1\\ {ƒ}_d^2\\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {ƒ}_d^L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left({\gamma }_1\right)& \text{cos}\left({\gamma }_1\right)\\ \text{sin}\left({\gamma }_2\right)& \text{cos}\left({\gamma }_2\right)\\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \text{sin}\left({\gamma }_L\right)& \text{cos}\left({\gamma }_L\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\end{array}\right],$$

  

  wobei
  v_x und v_y horizontale und vertikale Geschwindigkeiten eines Ziels sind, das jeweils die empfangenen Reflexionen erzeugt.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale, basierend auf $$ƒ=\left[\begin{array}{c}{ƒ}_d^1\\ {ƒ}_d^2\\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {ƒ}_d^L\end{array}\right],G_{{\theta }_i}=\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left({\gamma }_1\right)& \text{cos}\left({\gamma }_1\right)\\ \text{sin}\left({\gamma }_2\right)& \text{cos}\left({\gamma }_2\right)\\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \text{sin}\left({\gamma }_L\right)& \text{cos}\left({\gamma }_L\right)\end{array}\right],\text{ und }v=\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\end{array}\right]$$

  

  bestimmt die Steuerung: $$ƒ=G_{{\theta }_i}v.$$

  
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale schätzt die Steuerung einen Geschwindigkeitsvektor v̂ des Ziels als: $$\widehat{v}={\text{min}}_v{\Vert ƒ-G_{{\theta }_i}v\Vert }^p,$$

  

  wobei
  p einen Leistungswert mit p>0 repräsentiert.
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale schätzt die Steuerung einen Geschwindigkeitsvektor v̂ des Ziels als: $$\widehat{v}={\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^Hƒ.$$

  
• Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung die Übereinstimmungsmetriken µ_i als: $${\mu }_1={\Vert \left(I-G_{{\theta }_i}{\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^H\right)ƒ\Vert }^p,$$

  

  wobei p ein Leistungswert mit p>0 ist, I ist eine Identitätsmatrix und das Auswählen des geschätzten AOA θ̂ basiert auf der Identifizierung eines Minimums µ_i.
• Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne weiteres hervor.
• KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:
• 1 ist ein Blockdiagramm eines Systems das Dopplermessungen verwendet, um die Einfallswinkel-Ambiguität eines Radars mit weiter Apertur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufzulösen;
• 2 zeigt ein beispielhaftes Szenario, in dem Ambiguität zu mehreren Einfallswinkelhypothesen führt, die gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufgelöst werden; und
• 3 zeigt Details von Verfahren, die von einer Steuerung ausgeführt werden, um Dopplermessungen zu verwenden, um die Einfallswinkel-Ambiguität gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufzulösen.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
• Wie zuvor erwähnt, werden Phasendifferenzen zwischen den Empfängern eines Radarsystems verwendet, um den Einfallswinkel eines Ziels zu bestimmen. Im Allgemeinen enthält das Radarsystem einen oder mehrere Sender und zwei oder mehr Empfänger, die die Reflexionen empfangen, die aus Übertragungen durch alle Sender resultieren. Wenn es mehr als einen Sender gibt, können die Sender der Reihe nach gemäß einem Zeitdomänenmultiplexverfahren senden, oder die Sender können simultan gemäß einem Code- oder Frequenzmultiplexschema senden. Jeder Empfänger (d. h. Antennenelement, das Reflexionen empfängt oder Empfangselement) empfängt Reflexionen, die jedem Sender zugeordnet sind. Die Phasendifferenz zwischen jedem übertragenen Signal und jedem empfangenen Signal an jedem Empfangselement wird bestimmt und verwendet, um den Einfallswinkel des Ziels zu einer Mitte der Anordnung von Empfangselementen zu schätzen. Wenn das gleiche Referenzsignal verwendet wird, um das Signal zu erzeugen, das von jedem Sendeelement gesendet wird, wie hierin angenommen, kann anstelle der bei jedem Empfangselement bestimmten Differenz der Phasendifferenz die Differenz der gemessenen Phase bei jedem der Empfangselemente verwendet werden. Wie ebenfalls bereits erwähnt, vergrößert ein vergrößerter Abstand zwischen Empfängern des Radarsystems das Sichtfeld und erhöht somit die Winkelauflösung des Radarsystems. Der vergrößerte Abstand kann jedoch auch zu einer Ambiguität der Winkelmessung im Einfallswinkel des Ziels führen.
• Ausführungsformen der hierin ausführlich beschriebenen Systeme und Verfahren beziehen sich auf die Verwendung von Dopplermessungen zum Auflösen der Einfallswinkel-Ambiguität von Radar mit weiter Apertur. Die Dopplerfrequenz ist eine Funktion des Trägersignals, der Geschwindigkeit des Ziels und des Winkels des Ziels. Da die Dopplerfrequenz an jedem Empfänger durch den Winkel von dem Ziel zu diesem Empfänger beeinflusst wird, können Dopplermessungen verwendet werden, um die Winkelmessungs-Ambiguität aufzulösen, die sich aus der Bestimmung des Winkels basierend auf der Phasendifferenz zwischen den an jedem der Empfangselemente empfangenen Reflexionen ergibt.
• Das heißt, Phasenunterschiede zwischen den reflektierten Signalen, die an jedem der Empfangselemente empfangen werden, werden verwendet, um die Ankunftszeitdifferenz der Signale zu messen. Diese Zeitdifferenz wird dann verwendet, um den Einfallswinkel zu berechnen. Das Verfahren kann durch Strahlformung der empfangenen Signale implementiert werden. Bei der Strahlformung wird das empfangene Signal von jedem Empfangselement um ein spezifiziertes Ausmaß oder Gewicht verzögert, um die Verstärkung der von jedem Empfangselement empfangenen Energie auf einen bestimmten Winkel zu lenken. Gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen werden mehrere Einfallswinkel-Schätzungen (AOA-Schätzungen) oder -Hypothesen von der Strahlformungsausgabe mit hoher Intensität (z. B. Strahlformungsspitzen) erhalten. Die Ambiguität ergibt sich aus mehreren Spitzen in der Strahlformungsausgabe, die sich aus der Entfernung zwischen Empfangselementen ergeben. Dopplerfrequenzen werden dann verwendet, um eine Metrik zu erzeugen, durch die zwischen den AOA-Hypothesen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ausgewählt wird.
• Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ist 1 ein Blockdiagramm eines Systems, das Dopplermessungen verwendet, um die Einfallswinkel-Ambiguität von Radar mit weiter Apertur aufzulösen. Das System beinhaltet ein Radarsystem 110 eines Fahrzeugs 100 gemäß der in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsform. Das in 1 dargestellte exemplarische Fahrzeug 100 ist ein Automobil 101. Das Radarsystem 110 ist mit einer Anzahl von Transceiverknoten 115-A bis 115-N (im Allgemeinen als 115 bezeichnet) gezeigt. Das Radarsystem 110 ist ein Radar mit weiter Apertur. Dies bedeutet, dass die Phasendifferenz, die von jedem Empfangselement des Radarsystems 110 (an jedem Transceiverknoten 115) erfahren wird, mehr als π betragen kann, wodurch eine Ambiguität bei der nachfolgenden AOA-Bestimmung erzeugt wird. Das Radarsystem 110 enthält zusätzlich bekannte Komponenten, um die übertragenen Signale zu erzeugen und die empfangenen Signale zu verarbeiten. Eine Steuerung 120 kann Teil des Radarsystems 110 oder mit diesem gekoppelt sein und kann einige der bekannten Funktionen eines Radarsystems 110 wie etwa die Signalerzeugung ausführen. Die Steuerung 120 kann Informationen von dem Radarsystem 110 an ein oder mehrere Fahrzeugsysteme 130 (z. B. Kollisionsvermeidungssystem, adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem, autonomes Fahrsystem) bereitstellen, um die Aktionen des Fahrzeugs 100 zu erweitern oder zu automatisieren.
• Gemäß der mit Bezug auf 1 erörterten exemplarischen Ausführungsform, führt die Steuerung 120 die Verarbeitung durch, die mit Bezug auf 3 ausführlich beschrieben wird, um AOA-Hypothesen zu erzeugen und Metriken unter Verwendung der Doppler-Frequenzbestimmung zur Auswahl unter den AOA-Hypothesen zu erzeugen. Die Steuerung 120 beinhaltet eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Hardware-Computerprozessor (gemeinsam genutzte oder dedizierte oder Gruppe) und einen Speicher beinhalten kann, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
• 2 zeigt ein exemplarisches Szenario, in dem Ambiguität zu mehreren AOA-Hypothesen führt, die gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufgelöst werden. Das Fahrzeug 100 enthält das Radarsystem 110, um ein Signal zu senden und Reflexionen an jedem Empfangselement zu empfangen. Die Verarbeitung der empfangenen Reflexionen durch die Steuerung 120 führt zu drei Hypothesen für AOA, die drei Positionen zugeordnet sind. Diese Positionen sind wiederum einem realen Ziel 210 und zwei Phantomzielen 215 zugeordnet, die aus der Ambiguität resultieren. Die Steuerung 120 verwendet Dopplerfrequenzinformation, wie ausführlich unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, um die Ambiguität aufzulösen und das reale Ziel 210 und dessen AOA von den Phantomzielen 215 und ihren entsprechenden AOAs zu unterscheiden.
• 3 zeigt Details von Verfahren, die von einer Steuerung 120 ausgeführt werden, um Dopplermessungen zu verwenden, um die AOA-Ambiguität gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufzulösen. Die Transceiverknoten 115-A bis 115-N empfangen Signale, die von dem Ziel 210 reflektiert werden. In dem exemplarischen Radarsystem 110, das zu Erläuterungszwecken betrachtet wird, beinhaltet jeder Transceiverknoten 115 ein Empfangselement. In alternativen Ausführungsformen kann j edoch jeder Transceiverknoten 115 mehr als ein Sendeelement und mehr als ein Empfangselement beinhalten. Aufgrund des Abstands zwischen den Transceiverknoten 115 ist der AOA an jedem Transceiverknoten 115 unterschiedlich. So unterscheidet sich beispielsweise AOA γ₁ am Transceiverknoten 115-A von dem AOA γ_N am Transceiverknoten 115-N. Der AOA θ, der der AOA in der Mitte der Anordnung von Empfangselementen in der Anordnung von Transceiverknoten 115 ist, ist der der Winkel von Interesse. Dieser Winkel θ̂ wird von der Steuerung 120 aufgelöst. Die Verfahren, die von der Steuerung 120 durchgeführt werden, werden zusammengefasst und dann weiter ausführlicher beschrieben.
• Jeder Transceiverknoten 115-A bis 115-N stellt dem Verarbeitungsblock 310 der Steuerung 120 eine entsprechende gemessene Phase φ¹ bis φ^N bereit, wie dargestellt. Jeder Transceiverknoten 115 würde mehr als einen Phasenwert bereitstellen, wenn jeder Transceiverknoten 115 mehr als ein Empfangselement enthält. Bei Block 310 werden K AOA-Hypothesen θ̂₁ bis θ̂_K für die AOA θ̂ erhalten. Die empfangenen Signale y¹ bis y^N an den Transceiverknoten 115 sind ebenfalls zur Doppler-Verarbeitung vorgesehen. Bei Block 320, werden L Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^1$

  

  bis ${ƒ}_d^L$

  

  aus Spitzen bestimmt (z. B. Werte, die einen vordefinierten Schwellenwert überschreiten), die in dem Dopplerspektrum erfasst werden, das durch Ausführen einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) der empfangenen Signale y¹ bis y^N erhalten wird. Bei Block 330 werden die Übereinstimmungsmetriken µ₁ bis µ_K entsprechend den AOA-Hypothesen θ̂₁ bis θ̂_K basierend auf den Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^1$

  

  bis ${ƒ}_d^L$

  

  berechnet. Bei Block 340 werden die Übereinstimmungsmetriken µ₁ bis µ_K verwendet, um den geschätzten AOA θ̂ auszuwählen. Jedes der von der Steuerung 120 ausgeführten Verfahren wird weiter ausführlich beschrieben.
• In Block 310 werden die AOA-Hypothesen θ̂₁ bis θ̂_K werden durch Strahlformung erhalten. Jedes empfangene Signal an jedem Transceiverknoten 115 ist durch yⁱ angezeigt. Die empfangenen Signale yⁱ sind mit einer Matrix A korreliert, um die AOA-Hypothesen θ̂₁ bis θ̂_K zu erhalten. Die Matrix A wird entwickelt, wobei jede Spalte der Matrix die tatsächlich empfangenen Signale a(θ_i) ist, die bei jedem der Empfangselemente, in Abwesenheit jeglichen Rauschens, für einen gegebenen AOA θ_i im Mittelpunkt aller Transceiverknoten 115 empfangen würde. Also entspricht die Anzahl der Spalten der Matrix A der Anzahl der AOA θ_i die berücksichtigt werden, und die Anzahl der Zeilen der Matrix A entspricht der Anzahl der Empfangselemente unter allen Transceiverknoten 115 (z. B. N in dem exemplarischen Fall). Jeder θ_i ist eine Funktion der Phase φⁱ des empfangenen Signals. Die Matrix A ist gegeben durch: $$A=\left[a\left({\theta }_1\right)a\left({\theta }_2\right)\dots a\left({\theta }_K\right)\right]$$

  
• Für jedes empfangene Signal y, das in dem Beispiel ein Vektor von y¹ bis y^N ist, wird der Strahlformungsergebnisvektor z gegeben durch: $$z=\Vert A^{H}y\Vert ={\left[\left|a{\left({\theta }_1\right)}^{H}y\right|\left|a{\left({\theta }_2\right)}^{H}y\right|\dots \left|a{\left({\theta }_K\right)}^{H}y\right|\right]}^T$$

  
• In GL. In 2 bezeichnet T eine Transponierte und jedes |a((θ_i)^Hy| ist der absolute Wert eines komplexen Skalars a(θ_i)^Hy. Der Vektor z hat einen Wert (ein Element) für jede Spalte der Matrix A, was einem der erwogenen AOAs entspricht. Dann werden die AOA-Hypothesen θ̂₁ bis θ̂_K als Elemente oder Werte des z-Vektors erhalten, die einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.
• In Block 320 wird das Dopplerspektrum aller Transceiverknoten 115 untersucht. Wie zuvor erwähnt, entsprechen die L-Doppler-Frequenzen ${ƒ}_d^1$

  

  bis ${ƒ}_d^L$

  

  den L-Doppler-Spektralwerten, die einen bestimmten Schwellenwert überschreiten. Eine FFT wird an dem Signal ausgeführt, das bei jedem Empfangselement über die Zeit empfangen wird. Wenn die Transceiverknoten 115 mehr als ein Empfangselement enthalten, werden die FFT-Ergebnisse für alle Empfangselemente innerhalb desselben Transceiverknotens 115 kombiniert (z. B. gemittelt), um eine Dopplerfrequenz für den Transceiverknoten 115 zu bestimmen. Basierend auf der Anzahl von Zielen 210 in dem Sichtfeld des Radarsystems 110 kann jeder Transceiverknoten 115 mehrere Dopplerfrequenzen bestimmen. Unter der Annahme einer konstanten relativen Geschwindigkeit zwischen dem Ziel 210 und dem Radarsystem 110 ist die Beziehung zwischen den Doppler-Frequenzen und dem AOA γ_i an jedem Transceiverknoten 115 gegeben durch: $$\left[\begin{array}{c}{ƒ}_d^1\\ {ƒ}_d^2\\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {ƒ}_d^L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left({\gamma }_1\right)& \text{cos}\left({\gamma }_1\right)\\ \text{sin}\left({\gamma }_2\right)& \text{cos}\left({\gamma }_2\right)\\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \text{sin}\left({\gamma }_L\right)& \text{cos}\left({\gamma }_L\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\end{array}\right]$$

  
• In GL. 3 sind v_x und v_y die horizontalen und vertikalen Geschwindigkeiten. Die Doppler-Frequenzen ${ƒ}_d^1$

  

  bis ${ƒ}_d^L$

  

  werden als Vektor f bezeichnet, die Matrix der Sinus- und Kosinuswerte wird als Matrix G_θi bezeichnet und der Vektor der Geschwindigkeiten wird als v bezeichnet. Die Matrix G_θi wird basierend auf der Beziehung jeweils zwischen γ₁ bis γ_N und θ₁ und θ_N bezeichnet. Daher kann GL. 3 neugeschrieben werden als: $$ƒ=G_{{\theta }_i}v$$

  
• Die Geschwindigkeitsvektorschätzung v̂ kann aus den AOA-Hypothesen θ̂₁ bis θ_K erhalten werden gemäß: $$\widehat{v}={\text{min}}_v{\Vert ƒ-G_{{\theta }_i}v\Vert }^2$$

  
• Die Leistung muss in GL. 5 nicht unbedingt 2 sein und kann stattdessen ein Wert der Leistung p sein, wobei p > 0. Daher kann GL. 5 neugeschrieben werden als: $$\widehat{v}=\text{min}\left[{\left(ƒ-G_{{\theta }_1}v\right)}^p{\left(ƒ-G_{{\theta }_2}v\right)}^p\dots {\left(ƒ-G_{{\theta }_N}v\right)}^p\right]$$

  
• Ferner kann ein anderes Bewegungsmodell verwendet werden (z. B. eines, das keine konstante relative Geschwindigkeit zwischen dem Radarsystem 110 und dem Ziel 210 annimmt). Das andere Bewegungsmodell kann eine andere mathematische Beziehung zwischen dem Frequenzvektor f und den AOA-Hypothesen θ_i berücksichtigen.
• GL. 5 kann neu geschrieben werden als: $$\widehat{v}={\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^Hƒ$$

  
• In GL. 7, repräsentiert H die hermitesche Transponierte. Die Übereinstimmungsmetrik µ_i (µ₁ bis µ_K) zwischen den Dopplerfrequenzen (Vektor f) und der AOA-Hypothese θ̂_i ist gegeben durch: $${\mu }_i={\Vert ƒ-G_{{\theta }_i}\widehat{v}\Vert }^2={\left(ƒ-G_{{\theta }_i}\widehat{v}\right)}^2+\dots +{\left(ƒ-G_{{\theta }_K}\widehat{v}\right)}^2$$

  
• GL. 8 kann neu geschrieben werden als: $${\mu }_i={\Vert \left(I-G_{{\theta }_i}{\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^H\right)ƒ\Vert }^2$$

  
• In GL. 8 und GL. 9 kann die Fehlerkostenfunktion keine quadratische Fehlerkostenfunktion sein (d. h. die Leistung kann sich von 2 unterscheiden). Daher kann GL. 9 allgemeiner geschrieben werden als: $${\mu }_i={\Vert \left(I-G_{{\theta }_i}{\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^H\right)ƒ\Vert }^p$$

  
• Der Wert von p in GL. 10 muss nicht 2 sein. Der Wert von p = 2 kann im Falle von Gaußsches Rauschen optimal sein, während ein Wert p ≤ 1 besser sein kann, wenn die Rauschverteilung nicht Gauß ist. In GL. 9 und GL. 10, ist I eine Identitätsmatrix, bei der alle Matrixelemente auf der Diagonalen einen Wert von 1 haben und alle anderen Matrixelemente einen Wert von 0 haben. Der geschätzte AOA θ̂ ist die AOA-Hypothese θ_i mit der besten (d. h. minimalen) Übereinstimmungsmetrik µ_i.

Claims (4)

1. Verfahren zum Auflösen einer Ambiguität des Einfallswinkels (AOA) in einem Radarsystem (110), wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von empfangenen Reflexionen an einer Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N), wobei jeder Transceiverknoten (115-A - 115-N) unter der Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N) des Radarsystems (110) eine oder mehrere der empfangenen Reflexionen bei jeweiligen einem oder mehreren Empfangselementen empfängt; Bestimmen von Kandidaten-AOAs θ̂_i basierend auf Phasendifferenzen in den empfangenen Reflexionen an der Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N); Bestimmen von Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^i$

   

   basierend auf den empfangenen Reflexionen; und Auswählen eines geschätzten AOA θ̂ aus den Kandidaten-AOAs θ̂_i basierend auf Übereinstimmungsmetriken µ_i zwischen den Doppler-Frequenzen und den Kandidaten-AOAs θ̂_i.
2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen einer Beziehung zwischen den Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^i$

   

   und AOA γ_i an jedem der Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N), für i=1 bis L, als: $$\left[\begin{array}{c}{ƒ}_d^1\\ {ƒ}_d^2\\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {ƒ}_d^L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left({\gamma }_1\right)& \text{cos}\left({\gamma }_1\right)\\ \text{sin}\left({\gamma }_2\right)& \text{cos}\left({\gamma }_2\right)\\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \text{sin}\left({\gamma }_L\right)& \text{cos}\left({\gamma }_L\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\end{array}\right],$$

   

   wobei v_x und v_y horizontale und vertikale Geschwindigkeiten eines Ziels sind, die jeweils die empfangenen Reflexionen erzeugen, ferner umfassend das Neuschreiben der Beziehung basierend auf $$ƒ=\left[\begin{array}{c}{ƒ}_d^1\\ {ƒ}_d^2\\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {ƒ}_d^L\end{array}\right],G_{{\theta }_i}=\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left({\gamma }_1\right)& \text{cos}\left({\gamma }_1\right)\\ \text{sin}\left({\gamma }_2\right)& \text{cos}\left({\gamma }_2\right)\\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \text{sin}\left({\gamma }_L\right)& \text{cos}\left({\gamma }_L\right)\end{array}\right],\text{ und }v=\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\end{array}\right],$$

   

   als $$ƒ=G_{{\theta }_i}v$$

   

   ferner umfassend das Schätzen eines Geschwindigkeitsvektors v̂ des Ziels als p-Norm gemäß: $$\widehat{v}={\text{min}}_v{\Vert ƒ-G_{{\theta }_i}v\Vert }^p,$$

   

   wobei p einen Exponenten mit p > 0 repräsentiert, ferner umfassend das Schätzen eines Geschwindigkeitsvektors v̂ des Ziels als: $$\widehat{v}={\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^Hƒ,$$

   

   und ferner umfassend das Bestimmen der Übereinstimmungsmetriken µ_i als p-Norm gemäß: $${\mu }_i={\Vert \left(I-G_{{\theta }_i}{\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^H\right)ƒ\Vert }^p,$$

   

   wobei p ein Exponent mit p>0 ist, I ist eine Identitätsmatrix und das Auswählen des geschätzten AOA θ̂ basiert auf der Identifizierung eines Minimums µ_i.
3. System zum Auflösen der Ambiguität des Einfallswinkels (AOA) in einem Radarsystem (110), wobei das System umfasst: eine Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N), die zum Empfangen von empfangenen Reflexionen konfiguriert sind, wobei jeder Transceiverknoten (115-A - 115-N) unter der Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N) des Radarsystems (110) konfiguriert ist, um eine oder mehrere der empfangenen Reflexionen bei jeweiligen einem oder mehreren Empfangselementen zu empfangen; eine Steuerung (120), die konfiguriert ist zum Bestimmen von Kandidaten-AOAs θ̂_i basierend auf Phasendifferenzen in den empfangenen Reflexionen an der Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N), Bestimmen von Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^i$

   

   basierend auf den empfangenen Reflexionen und Auswählen eines geschätzten AOAs θ̂ aus den Kandidaten AOAs θ̂_i basierend auf Übereinstimmungsmetriken µ_i zwischen den Doppler-Frequenzen und den Kandidaten-AOAs θ̂_i.
4. System nach Anspruch 3, wobei die Steuerung (120) ferner konfiguriert ist zum Bestimmen einer Beziehung zwischen den Dopplerfrequenzen ${ƒ}_d^i$

   

   und AOA γ_i an jedem der Vielzahl von Transceiverknoten (115-A - 115-N), für i=1 bis L, als: $$\left[\begin{array}{c}{ƒ}_d^1\\ {ƒ}_d^2\\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {ƒ}_d^L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left({\gamma }_1\right)& \text{cos}\left({\gamma }_1\right)\\ \text{sin}\left({\gamma }_2\right)& \text{cos}\left({\gamma }_2\right)\\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \text{sin}\left({\gamma }_L\right)& \text{cos}\left({\gamma }_L\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\end{array}\right],$$

   

   wobei v_x und v_y horizontale und vertikale Geschwindigkeiten eines Ziels sind, das jeweils die empfangenen Reflexionen erzeugt, wobei basierend auf $$ƒ=\left[\begin{array}{c}{ƒ}_d^1\\ {ƒ}_d^2\\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {ƒ}_d^L\end{array}\right],G_{{\theta }_i}=\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left({\gamma }_1\right)& \text{cos}\left({\gamma }_1\right)\\ \text{sin}\left({\gamma }_2\right)& \text{cos}\left({\gamma }_2\right)\\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \text{sin}\left({\gamma }_L\right)& \text{cos}\left({\gamma }_L\right)\end{array}\right],\text{ und }v=\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\end{array}\right]$$

   

   die Steuerung (120) ferner konfiguriert ist zum Bestimmen von: $$ƒ=G_{{\theta }_i}v,$$

   

   wobei die Steuerung (120) ferner konfiguriert ist zum Schätzen eines Geschwindigkeitsvektors v̂ des Ziels als p-Norm gemäß: $$\widehat{v}={\text{min}}_v{\Vert ƒ-G_{{\theta }_i}v\Vert }^p,$$

   

   wobei p einen Exponenten mit p>0 repräsentiert, wobei die Steuerung (120) ferner konfiguriert ist zum Schätzen eines Geschwindigkeitsvektors v̂ des Ziels als: $$\widehat{v}={\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^Hƒ,$$

   

   und wobei die Steuerung (120) ferner konfiguriert ist zum Bestimmen der Übereinstimmungsmetriken µ_i als p-Norm gemäß: $${\mu }_i={\Vert \left(I-G_{{\theta }_i}{\left(G_{{\theta }_i}^H{G}_{{\theta }_i}\right)}^{-1}{G}_{{\theta }_i}^H\right)ƒ\Vert }^p,$$

   

   wobei p ein Exponent mit p>0 ist, I ist eine Identitätsmatrix und das Auswählen des geschätzten AOA θ̂ basiert auf der Identifizierung eines Minimums µ_i.

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