分布式孔径汽车雷达系统技术方案

本公开涉及分布式孔径汽车雷达系统。提供了一种分布式雷达系统、设备、架构和方法，其用于通过将第一(从)雷达配置成：对从第二(主)雷达生成的目标回波应用快时间处理步骤和慢时间处理步骤，基于从所述快时间处理步骤和所述慢时间处理步骤得出的信息计算所述第一雷达与所述第二雷达之间的估计频率偏移和估计相位偏移，并且应用所述估计频率偏移和所述估计相位偏移以在所述第一雷达处生成在频率和相位上与在所述第二雷达处生成的单基地虚拟阵列孔径相干的双基地虚拟阵列孔径来相干地组合物理分布式雷达，以在不共享共同本地振荡器(LO)参考的情况下以相干的方式共同产生目标场景信息，从而实现更好的灵敏度、更细的角分辨率和低误检率。

【技术实现步骤摘要】
分布式孔径汽车雷达系统相关申请的交叉引用与本申请同日提交的题为“具有交替式主雷达装置的分布式孔径汽车雷达系统(DistributedApertureAutomotiveRadarSystemWithAlternatingMasterRadarDevices)”，专利技术人为RyanH.Wu，代理人案号为82144499US01的美国专利申请第______号描述了示例性方法和系统并且通过引用整体并入。与本申请同日提交的题为“具有前向和后向差分共阵列处理的高分辨率汽车雷达系统(HighResolutionAutomotiveRadarSystemwithForwardandBackwardDifferenceCo-ArrayProcessing)”，专利技术人为RyanH.Wu，代理人案号为82144509US01的的美国专利申请第_____号描述了示例性方法和系统并且通过引用整体并入。
本专利技术总体上涉及雷达系统和相关联的操作方法。一方面，本专利技术涉及用独立的分布式雷达形成的汽车雷达系统。
技术介绍
雷达系统可以用于检测附近目标的距离和速度。随着技术的进步，雷达系统现在可以应用于如汽车雷达安全系统等许多不同的应用中，但是并不是每个雷达系统都适合于每种应用。例如，77GHz调频连续波(FMCW)快速啁啾调制(FCM)雷达在高级驾驶员辅助系统(ADAS)中用作主传感器，并且在自动驾驶(AD)系统中用作安全传感器，但由于有限的角分辨率性能而未在AD系统中用作主传感器。为了能够在AD系统中将此类雷达系统用作取代驾驶员的主传感器，此类系统必须提供更好的角分辨率，但这通常需要更大的天线孔径，并且因此需要物理上更大的雷达。不幸的是，具有更大的雷达的要求可能与其它设计和/或操作约束(如将大孔径雷达集成到对设计、结构和/或操作有竞争性要求的车辆中)相冲突。例如，车辆的前部的设计或结构元件(例如，大灯、设计徽章、保险杠等)可能不容易允许添加大孔径雷达。使雷达的尺寸保持足够小以便雷达可以与车辆的其它部件集成意味着雷达的孔径受限，并且因此角分辨率受限。现有的雷达系统已经尝试通过使用有效组合多个孔径较小的分布式雷达以形成较大的虚拟孔径的技术(例如，双基地多输入多输出雷达)来解决这些挑战。然而，这些技术通常要求分布式雷达共享共同参考本地振荡器(LO)信号(以便雷达以同一频率和时间参考操作)和/或要求对硬件和软件进行复杂且成本高昂的修改以将目标回波信号与来自其它发射器的信号互相关或混合。不幸的是，由于阻止稳健且经济地实施此类解决方案的汽车集成、复杂性和/或成本限制，可能无法满足这些要求。从上文可以看出，由于在现有雷达系统应用的性能、设计、复杂性和成本限制范围内实现尺寸较大的雷达的性能益处方面存在挑战，因此实际上极难实现现有雷达系统解决方案。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种分布式孔径雷达系统，包括第一小孔径雷达装置和第二小孔径雷达装置，所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置远离彼此物理分布并且连接到雷达控制处理单元：所述第一小孔径雷达装置包括第一多个发射和接收天线、第一本地振荡器参考时钟发生器和第一信号处理器组件，所述第一信号处理器组件耦接到所述第一多个发射和接收天线以发射第一雷达信号，并响应于所述第一雷达信号通过处理在所述第一小孔径雷达装置的一个或多个接收天线处接收到的目标回波而生成单基地虚拟阵列孔径；所述第二小孔径雷达装置包括第二多个发射和接收天线、第二独立本地振荡器参考时钟发生器和第二信号处理器组件，所述第二信号处理器组件耦接到所述第二多个发射和接收天线并且被配置成：响应于所述第一雷达信号用快时间处理步骤和慢时间处理步骤处理在所述第二小孔径雷达装置的一个或多个接收天线处接收到的所述第一小孔径雷达装置的目标回波和被窃听信号，基于从所述快时间处理步骤和所述慢时间处理步骤得出的信息计算所述第一小孔径雷达装置与所述第二小孔径雷达装置之间的估计频率偏移和估计相位偏移，并且应用所述估计频率偏移和所述估计相位偏移以生成在频率和相位上与所述单基地虚拟阵列孔径相干的双基地虚拟阵列孔径；并且所述雷达控制处理单元耦接到所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置，并且被配置成通过相干地组合所述双基地虚拟阵列孔径和所述单基地虚拟阵列孔径来产生目标场景信息，以构造比所述双基地虚拟阵列孔径或所述单基地虚拟阵列孔径大的经过扩展的双基地虚拟阵列孔径。根据一个或多个实施例，所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置各自包括片上系统(SOC)。根据一个或多个实施例，所述经过扩展的双基地虚拟阵列孔径包括双基地多输入多输出(MIMO)虚拟阵列孔径。根据一个或多个实施例，所述第二小孔径雷达装置通过对所述目标回波应用距离和多普勒处理步骤来执行所述快时间处理步骤和所述慢时间处理步骤，以生成距离-多普勒图。根据一个或多个实施例，所述第二小孔径雷达装置基于所述距离-多普勒图中的标识的被窃听信号峰值的多普勒和距离位置根据所述距离-多普勒图计算所述估计频率偏移。根据一个或多个实施例，所述第二小孔径雷达装置基于所述距离-多普勒图中的标识的被窃听信号峰值的峰值幅度的检测相位根据所述距离-多普勒图计算所述估计相位偏移。根据一个或多个实施例，所述第二信号处理器组件计算关于在所述第二小孔径雷达装置的一个或多个接收天线处接收到的目标回波信号的距离快速傅立叶变换(FFT)和多普勒FFT，以生成所述距离-多普勒图。根据本专利技术的第二方面，提供一种用于操作分布式孔径雷达系统的方法，所述分布式孔径雷达系统包括第一小孔径雷达装置和第二小孔径雷达装置，所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置远离彼此物理分布并且连接到雷达控制处理单元，所述方法包括：在所述第一小孔径雷达装置处从第一发射天线发射第一雷达信号；在所述第一小孔径雷达装置处响应于所述第一雷达信号而处理在所述第一小孔径雷达装置的一个或多个接收天线处接收到的目标回波，以生成单基地虚拟阵列孔径；在所述第二小孔径雷达装置处响应于所述第一雷达信号用快时间处理步骤和慢时间处理步骤处理在所述第二小孔径雷达装置的一个或多个接收天线处接收到的所述第一小孔径雷达装置的目标回波和被窃听信号；在所述第二小孔径雷达装置处基于从所述快时间处理步骤和所述慢时间处理步骤得出的信息计算所述第一小孔径雷达装置与所述第二小孔径雷达装置之间的估计频率偏移和估计相位偏移；在所述第二小孔径雷达装置处应用所述估计频率偏移和所述估计相位偏移以生成在频率和相位上与所述单基地虚拟阵列孔径相干的双基地虚拟阵列孔径；以及通过相干地组合所述双基地虚拟阵列孔径和所述单基地虚拟阵列孔径来产生目标场景信息，以构造比所述双基地虚拟阵列孔径或所述单基地虚拟阵列孔径大的经过扩展的双基地虚拟阵列孔径。根据一个或多个实施例，所述第一小孔径雷达装置包括第一多个发射和接收天线、第一本地振荡器参考时钟发生器以及第一信号处理器组件，所述第一信号处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式孔径雷达系统，其特征在于，包括第一小孔径雷达装置和第二小孔径雷达装置，所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置远离彼此物理分布并且连接到雷达控制处理单元：/n所述第一小孔径雷达装置包括第一多个发射和接收天线、第一本地振荡器参考时钟发生器和第一信号处理器组件，所述第一信号处理器组件耦接到所述第一多个发射和接收天线以发射第一雷达信号，并响应于所述第一雷达信号通过处理在所述第一小孔径雷达装置的一个或多个接收天线处接收到的目标回波而生成单基地虚拟阵列孔径；/n所述第二小孔径雷达装置包括第二多个发射和接收天线、第二独立本地振荡器参考时钟发生器和第二信号处理器组件，所述第二信号处理器组件耦接到所述第二多个发射和接收天线并且被配置成：/n响应于所述第一雷达信号用快时间处理步骤和慢时间处理步骤处理在所述第二小孔径雷达装置的一个或多个接收天线处接收到的所述第一小孔径雷达装置的目标回波和被窃听信号，/n基于从所述快时间处理步骤和所述慢时间处理步骤得出的信息计算所述第一小孔径雷达装置与所述第二小孔径雷达装置之间的估计频率偏移和估计相位偏移，并且/n应用所述估计频率偏移和所述估计相位偏移以生成在频率和相位上与所述单基地虚拟阵列孔径相干的双基地虚拟阵列孔径；并且/n所述雷达控制处理单元耦接到所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置，并且被配置成通过相干地组合所述双基地虚拟阵列孔径和所述单基地虚拟阵列孔径来产生目标场景信息，以构造比所述双基地虚拟阵列孔径或所述单基地虚拟阵列孔径大的经过扩展的双基地虚拟阵列孔径。/n...

【技术特征摘要】
20190318 US 16/356,7641.一种分布式孔径雷达系统，其特征在于，包括第一小孔径雷达装置和第二小孔径雷达装置，所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置远离彼此物理分布并且连接到雷达控制处理单元：
所述第一小孔径雷达装置包括第一多个发射和接收天线、第一本地振荡器参考时钟发生器和第一信号处理器组件，所述第一信号处理器组件耦接到所述第一多个发射和接收天线以发射第一雷达信号，并响应于所述第一雷达信号通过处理在所述第一小孔径雷达装置的一个或多个接收天线处接收到的目标回波而生成单基地虚拟阵列孔径；
所述第二小孔径雷达装置包括第二多个发射和接收天线、第二独立本地振荡器参考时钟发生器和第二信号处理器组件，所述第二信号处理器组件耦接到所述第二多个发射和接收天线并且被配置成：
响应于所述第一雷达信号用快时间处理步骤和慢时间处理步骤处理在所述第二小孔径雷达装置的一个或多个接收天线处接收到的所述第一小孔径雷达装置的目标回波和被窃听信号，
基于从所述快时间处理步骤和所述慢时间处理步骤得出的信息计算所述第一小孔径雷达装置与所述第二小孔径雷达装置之间的估计频率偏移和估计相位偏移，并且
应用所述估计频率偏移和所述估计相位偏移以生成在频率和相位上与所述单基地虚拟阵列孔径相干的双基地虚拟阵列孔径；并且
所述雷达控制处理单元耦接到所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置，并且被配置成通过相干地组合所述双基地虚拟阵列孔径和所述单基地虚拟阵列孔径来产生目标场景信息，以构造比所述双基地虚拟阵列孔径或所述单基地虚拟阵列孔径大的经过扩展的双基地虚拟阵列孔径。


2.根据权利要求1所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述第一小孔径雷达装置和所述第二小孔径雷达装置各自包括片上系统(SOC)。


3.根据权利要求1所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述经过扩展的双基地虚拟阵列孔径包括双基地多输入多输出(MIMO)虚拟阵列孔径。


4.根据权利要求1所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述第二小孔径雷达装置通过对所述目标回波应用距离和多普勒处理步骤来执行所述快时间处理步骤和所述慢时间处理步骤，以生成距离-多普勒图。


5.根据权利要求4所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述第二小孔径雷达装置基于所述距离-多普勒图中的标识的被窃听信号峰值的多普勒和距离位置根据所述距离-多普勒图计算所述估计频率偏移。


6.根据权利要求4所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述第二小孔径雷达装置基于所述距离-多普勒图中的标识的被窃听信号峰值的峰值幅度的检测相位根据所述距离-多普勒图计算所述估计相位偏移。


7.根据权利要求4所述的分布式孔径雷达系统，其特征在于，所述第二信号处理器组件计算关于在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩云，A·罗伊，
申请(专利权)人：恩智浦美国有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US