集成到单个封装中的混合雷达制造技术

雷达装置包括具有可转向接收波束的相控阵接收器。接收器元件被分组到子阵列中，其中每个子阵列给混频器提供子阵列信号。混频器信号然后由DBF算法使用，以在接收波束中确定窄虚拟波束。接收波束用于从视野的区域中获得雷达数据，并且这些区域可以与接收波束大约同样宽。其中检查区域的顺序可以通过区域的重要性来确定，区域的重要性与在每个区域中之前所跟踪的目标的存在、属性、和/或行为有关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成到单个封装中的混合雷达
本专利技术涉及雷达装置与方法，尤其涉及用于车辆使用的相控阵雷达。
技术介绍
雷达装置用在车辆上，例如，用于避免碰撞以及其它应用。在传统的数字波束形成 (DBF)雷达中，照射了很宽的视野，并且数字波束形成器用来建立虚拟波束以跟踪视野中的 目标。另一种类型的雷达是相控阵雷达，其形成真实的波束来跟踪目标。
技术实现思路
本专利技术的例子包括利用相控阵雷达来建立真实波束的混合雷达，以及数字波束形 成（DBF)方法来在真实的波束中形成较窄的虚拟波束。 相控阵雷达可以几乎完全用硬件实现，使得对比DBF雷达而言，其数字处理需求 非常少。传统的相控阵只需要一个混频器，因此大的阵列可以容易地装配到单个芯片中。但 是，传统的相控阵雷达不具有由数字波束形成器所使用的复杂优化程序的优点。但是，传统 的数字波束形成器传统上具有大的硬件面积并且计算要求限制了可用信道的数量，因此降 低了雷达的性能。 在本专利技术的例子中，相控阵和DBF雷达方法的各方面被组合以通过对方的长处来 扩充，从而消除每种技术的弱点。在一些例子中，雷达电路系统可以包含在单个硅芯片内， 从而最小化复杂性。 示例性雷达装置包括发射器（其可以是相控阵发射器）及相控阵接收器。接收器 的每个相控阵元件都包括天线元件、可选的放大级、及移相器。接收天线信号的移相器可以 是电子控制的，以把接收波束转向到所选择的视野区域。接收波束也可以称作真实波束，以 区别于通过DBF处理而合成的虚拟波束。 相控阵元件被分组到子阵列中，每个子阵列都包括至少两个相控阵元件。子阵列 给关联的混频器提供子阵列信号，子阵列信号是来自子阵列中的相控阵元件的组合的信 号。该装置包括多个混频器，每个子阵列一个混频器，每个混频器接收来自其关联的子阵列 的子阵列信号。混频器还从本地振荡器接收本地振荡器信号，并且产生提供给数字波束形 成器（DBF)的混频器信号。DBF然后在接收波束中合成（S卩，通过数字处理来确定）虚拟波 束。本地振荡器用于产生本地振荡器信号，并且电互连布置用于把本地振荡器信号传送到 每个混频器。 在雷达操作中，天线控制器激励发射器并通过调整移相器来转向接收光束（通过 相控阵接收器接收的）。移相器可以是可集成到硅芯片中的被电子控制的组件。接收波束 是具有角宽度的真实波束，与传统的相控阵天线的波束相比，其可以通过子阵列分组被加 宽。数字波束形成器从混频器信号中确定虚拟波束，虚拟波束比真实波束窄并且位于真实 波束的角宽度内。作为非限制性的例子，真实波束可被再分成N个虚拟波束，其中N可以在 2和4096之间，例如介于4和64之间。因此，DBF在真实的波束中提供了超分辨率，从而帮 助目标识别。 数字波束形成器可以通过电子控制电路提供，电子控制电路包括处理器并且接收 混频器信号。电子控制电路然后可以在雷达数据中例如按照范围和多普勒频移来识别目 标。数字波束形成器可以使用由处理器执行的数字波束形成算法。电子控制电路还可以用 于，例如通过激励发射器并通过移相器的电子控制转向相控阵接收器，来控制相控阵天线。 在一些例子中，发射器可以是相控阵发射器，并且被转向到接收波束所起源的视野的类似 部分。 操作雷达装置，尤其是车辆雷达的示例性方法包括：通过调整接收天线元件中的 移相器，利用相控阵接收器把接收波束转向到视野区域。利用数字波束形成算法在接收波 束中确定来自该区域的雷达数据以及多个虚拟波束。每个虚拟波束都具有比接收波束窄的 波束宽度。 在示例性方法中,视野被分成多个区域，并且这些区域被给予重要性参数。重要性 参数可以反映车辆环境的各种状态，诸如在车辆环境中的目标的存在、范围、相对速度、及 属性。该重要性参数可以利用从之前采集的雷达数据中所获得的目标跟踪数据来确定。 接收波束以重要性参数的降序顺序依次转向到每个区域、所采集的数据、以及在 数据上执行的DBF算法，以识别虚拟波束。DBF算法用于在对应于接收波束宽度的区域上而 不是在整个视野上给予超分辨率，从而减少了计算需求。 重要性参数可以基于采集的数据来修改，并且对这些区域重复该过程。相控阵接 收天线可以包括相控阵天线元件的子阵列，每个子阵列都具有接收本地振荡器信号和子阵 列信号的关联的混频器，数字波束形成算法利用来自混频器的输出信号来确定多个虚拟波 束。 本专利技术的例子包括用于例如包括汽车雷达装置的陆地车辆使用的车辆使用雷达。 【附图说明】 图1(现有技术）说明了传统DBF (数字波束形成）雷达。 图2说明了区域DBF处理的概念。 图3进一步说明在相控阵雷达的真实波束中利用DBF技术创建虚拟波束。 图4说明了示例性接收到的相控阵，该相控阵元件被分组到每个都具有其自己的 混频器的子阵列中。 图5是根据本专利技术的例子的雷达装置的进一步的示意图。 图6是说明在雷达操作中识别最重要区域的流程图。 【具体实施方式】 示例性雷达装置包括带有可转向的真实接收波束的相控阵接收器。该相控阵接收 器元件被分组到子阵列中，每个子阵列都给关联的混频器提供组合的子阵列信号。混频器 信号然后由DBF算法使用以确定在接收波束中的窄虚拟波束。 接收波束用于从视野的区域中获取雷达数据，并且这些区域可以是与接收波束大 约同样宽。DBF算法用于确定所选区域内的高分辨率虚拟波束。其中检查区域的顺序可以 通过区域的重要性来确定，区域的重要性与之前所跟踪目标的存在、属性及行为有关。接收 波束由相控阵接收器转向到期望的区域，并且数字波束形成器（例如，通过数字信号处理 器提供的）在接收波束中确定相对窄的虚拟波束。 图1说明传统的DBF雷达的操作。车辆10装备有DBF雷达，该DBF雷达照射包括 附近车辆14和16的宽视野。三角形16是雷达视野的简化表示。传统的数字波束形成雷 达从雷达的视野中读入所有数据，并且同时计算所有的角度。但是，通过照射全部的视野， 会增加噪音及多重散射的影响，从而降低了雷达的信噪比。 图2说明区域DBF处理的概念。车辆10包括产生真实波束18的相控阵雷达。在 这个例子中，真实波束的视野只包括车辆14。 硬件移相器或接收天线形成真实波束，使得只覆盖雷达整个视野的一部分。该波 束可以比传统相控阵雷达波束具有更大的半功率波束宽度。但是，该波束宽度明显窄于在 图1中说明的传统DBF雷达的整个视野宽度。 可以利用传统的相控阵方法把真实波束转向到全部视野中的预定区域。在这 个例子中，区域是雷达整个视野的切片部分。然后，使用数字波束形成（DBF)优化技术 在区域内形成窄的虚拟波束。优化技术可以是那些已经与传统DBF雷达一起使用的技 术，诸如MUSIC(多信号分类）和ESPRIT (通过旋转不变技术估计信号参数）的波束形成 算法。但是，也可以使用诸如那些利用半定松弛和组合（semi-definite relaxation and combinatorics)的其它算法。 图3示出了在车辆10上产生真实波束18的雷达装置，类似于在图2中所示出的， 波束形成算法在真实波束18的宽度内形成较窄的虚拟波束20。DBF算法可用于解决同时 在真实波束视野上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，该装置是雷达装置，包括：发射器；相控阵接收器，包括多个相控阵元件，每个相控阵元件包括天线元件和移相器，所述相控阵元件被分组到子阵列中，每个子阵列包括至少两个相控阵元件并且提供子阵列信号；多个混频器，每个混频器接收来自相关联的子阵列的子阵列信号，每个混频器还接收本地振荡器信号并且产生混频器信号；数字波束形成器，从所述多个混频器接收混频器信号；本地振荡器，产生本地振荡器信号；以及相控阵天线控制器，可操作以转向通过相控阵接收器接收到的接收波束，所述接收波束具有角宽度，所述数字波束形成器从混频器信号中确定虚拟波束，所述虚拟波束比接收波束窄并且位于接收波束的角宽度内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.22 US 13/401,9771. 一种装置，该装置是雷达装置，包括： 发射器； 相控阵接收器，包括多个相控阵元件， 每个相控阵元件包括天线元件和移相器， 所述相控阵元件被分组到子阵列中，每个子阵列包括至少两个相控阵元件并且提供子 阵列信号； 多个混频器，每个混频器接收来自相关联的子阵列的子阵列信号， 每个混频器还接收本地振荡器信号并且产生混频器信号； 数字波束形成器，从所述多个混频器接收混频器信号； 本地振荡器，产生本地振荡器信号；以及 相控阵天线控制器，可操作以转向通过相控阵接收器接收到的接收波束，所述接收波 束具有角宽度， 所述数字波束形成器从混频器信号中确定虚拟波束，所述虚拟波束比接收波束窄并且 位于接收波束的角宽度内。2. 如权利要求1所述的装置，所述数字波束形成器是通过电子控制电路提供的，所述 电子控制电路包括处理器。3. 如权利要求2所述的装置，所述数字波束形成器是通过由处理器执行的数字波束形 成算法提供的。4. 如权利要求3所述的装置，所述数字波束形成算法是从一组包括MUSIC (多重信号分 类）算法和ESPRIT(通过旋转不变技术估计信号参数）算法的算法中选择的。5. 如权利要求1所述的装置，所述电子控制电路还包括相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宰丞，P·D·施马伦贝格，
申请(专利权)人：丰田自动车工程及制造北美公司，
类型：发明
国别省市：美国;US