互质编码(CPC)多普勒分割复用(DDM)MIMO雷达方法和系统技术方案

一种互质编码的DDM MIMO雷达系统、设备、架构和方法配备有参考信号发生器(112)，其产生发射参考信号；多个DDM发射模块(11)，其产生、调节和发射多个发射信号，每个发射信号具有与所述发射参考信号不同的互质编码(CPC)的渐进式相位偏移；接收器模块(12)，其接收通过目标从所述多个发射信号反射的目标返回信号并且根据所述目标返回信号产生数字信号；以及雷达控制处理单元(20)，其被配置成检测所述数字信号中的多普勒频谱峰值，其中所述雷达控制处理单元包括多普勒消歧模块(25)，所述多普勒消歧模块(25)被配置成具有CPC解码器以使每个检测到的多普勒频谱峰值与对应DDM发射模块相关联，由此产生多个与发射器相关联的多普勒频谱峰值检测。谱峰值检测。谱峰值检测。

【技术实现步骤摘要】
互质编码(CPC)多普勒分割复用(DDM)MIMO雷达方法和系统


[0001]本专利技术大体上涉及雷达系统和相关联的操作方法。在一个方面，本专利技术涉及一种由多输入多输出(MIMO)雷达阵列形成的汽车雷达系统。

技术介绍

[0002]雷达系统可用于检测附近目标的范围、速度和角度。随着技术的进步，雷达系统现在可以应用于许多不同的应用，例如汽车雷达安全系统越来越多地使用雷达系统检测周围环境的变化，例如接近另一汽车以进行盲点检测或检测改进巡航控制的领先车辆。准确的雷达检测也是自主车辆控制系统不可或缺的一部分。然而，在使用可构造在汽车上的雷达系统准确地检测对象的位置和移动方面存在挑战。提高汽车雷达系统的角度分辨率的常用方法是使用多个发射天线和接收天线来实施多输入多输出(MIMO)汽车雷达系统。在MIMO雷达系统中，虚拟阵列由多个阵列元件组成，所述多个阵列元件等于多个发射天线和接收天线的乘积。MIMO雷达相比于单个发射器系统具有增大的孔径会提高基于对象的到达方向(DOA)而分离对象的能力。但是，MIMO雷达发射器必须从多个发射器发射正交波形，以分离接收器端的综合响应。
[0003]用于提供正交性的现有解决方案包括对发射的雷达波形进行编码，例如通过在不同的时刻或以不同的中心频率发射频率调制连续波(FMCW)波形，或通过改变FMCW波形的相位或幅度。在传统的汽车雷达系统中，特别是在多普勒分割复用(DDM)MIMO汽车雷达系统中，最大多普勒频率通常不足以防止汽车因多个发射天线的多普勒频谱重叠而产生的速度模糊。DDM MIMO系统产生的歧义是，每个检测到的多普勒频谱峰值必须与其对应的照明发射器正确地相关联，但如果目标的径向速度超出分配给发射器的预算最大速度，则频谱峰值将出现在分配给另一发射器的频谱部分，从而导致不正确的关联。对于服务于具有许多发射器和有限多普勒频谱带宽的高度动态驾驶场景的系统而言，所述问题更加严重。
[0004]现有的雷达系统试图通过对每个FMCW波形进行两次测量来解决这些挑战，所述FMCW波形具有一个增加频率的“向上线性调频脉冲”和一个减少频率的“向下线性调频脉冲”，但此类解决方案过于复杂，因为向上线性调频脉冲和向下线性调频脉冲需要与彼此相关联以进行雷达处理。其它解决方案使用时分(TD)复用技术在时间上分离来自不同发射器的LFM波形，从而在每个接收信道处分离来自不同发射器的信号，从而构造虚拟MIMO阵列。然而，由于相干停留时间(即目标的回波信号可以在移动目标上相干地集成的持续时间)通常是有限的，因此可与TD
‑
MIMO系统一起使用的发射器的数量是有限的。常规TD
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MIMO系统的另一缺点是，较长的帧或线性调频脉冲序列持续时间可能会导致可以在没有歧义的情况下测量的最大多普勒频移(或实际上为目标的径向速度)多次下降，又限制了可用于TD
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MIMO系统的发射器的数量。由于这些限制，现有的MIMO汽车雷达系统通常仅限于使用少量发射器(例如，3个)来构造一个相对较小的MIMO虚拟阵列。综上所述，在现有雷达系统应用的性能、设计、复杂性和成本限制下，现有雷达系统解决方案在实践层面上是极其困难的，因为要实现更大尺寸雷达的性能优势，以实现更高分辨率的雷达成像都面临挑战。

技术实现思路

[0005]现在应了解，已经提供一种雷达架构、电路、方法和系统，其中参考信号发生器被配置成产生发射参考信号波形序列(例如，线性调频脉冲信号)。另外，雷达系统包括多个多普勒分割复用(DDM)发射模块，所述多个DDM发射模块被连接并且被配置成在N个发射天线上产生、调节和发射多个发射信号，每个发射信号具有与发射参考信号不同的互质编码(CPC)的渐进式相位偏移。在选定实施例中，每个DDM发射模块包括缓慢时间相位偏移移位器，所述缓慢时间相位偏移移位器被连接以从发射参考信号产生互质编码的渐进式相位偏移信号。在选定实施例中，缓慢时间相位偏移移位器可实施为用于提供在0和2
L
之间的CPC编码整数值以将CPC编码的渐进式相位偏移引入到发射参考信号的L位相位旋转器。另外，每个DDM发射模块可包括信号编码器，所述信号编码器使用信号调节和功率放大对互质编码的渐进式相位偏移信号进行编码，以产生多个发射信号中的一个发射信号并且通过发射天线将多个发射信号中的一个发射信号作为射频编码的发射信号发射。在其它实施例中，多个DDM发射模块对发射参考信号进行编码以限定DDM发射器模块的零径向速度位置，以使其具有与基于互质数的值一致的间隔值。所述雷达系统还包括至少第一接收器模块，所述至少第一接收器模块被连接并且被配置成接收通过至少一个目标从多个发射信号反射的目标返回信号并且根据所述目标返回信号产生数字信号。所述雷达系统还包括雷达控制处理单元，所述雷达控制处理单元被配置成检测数字信号中的多普勒频谱峰值，其中所述雷达控制处理单元包括多普勒消歧模块，所述多普勒消歧模块被配置成具有CPC解码器以使每个检测到的多普勒频谱峰值与对应DDM发射模块相关联，由此产生多个与发射器相关联的多普勒频谱峰值检测。在选定实施例中，所述多普勒消歧模块被配置成针对每个DDM发射模块构造具有遵循与所述发射模块相关联的唯一互质间隔序列的抽头延迟的二进制FIR发射器滤波器。在此类实施例中，所述多普勒消歧模块可被配置成对从数字信号产生的多普勒频谱执行阈值检测，并且产生仅在与检测到的单元相对应的条目处具有
‘1’
的多普勒频谱样本的二进制检测序列。另外，所述多普勒消歧模块可被配置成通过每个二进制FIR发射器滤波器对二进制检测序列进行滤波，以用于在对应滤波器输出超出预定义阈值的情况下使频谱峰值与对应DDM发射模块相关联，由此标识与发射器相关联的检测。另外，所述多普勒消歧模块可被配置成针对每个与发射器相关联的检测，对照评估阈值评估与所述二进制FIR发射器滤波器中的抽头延迟位置匹配的所述多普勒频谱样本的量值的方差，以确认每个与发射器相关联的检测具有等于或低于所述评估阈值的方差。在选定实施例中，所述雷达控制处理单元还可被配置成根据多个与发射器相关联的多普勒频谱峰值检测构造MIMO虚拟阵列。
[0006]在另一形式中，提供一种雷达系统架构及其操作方法。在所公开的方法中，产生线性调频(LFM)线性调频脉冲信号。另外，通过多个DDM发射器模块从所述LFM线性调频脉冲信号产生多个DDM发射信号，所述多个DDM发射信号各自具有与LFM线性调频脉冲信号不同的互质编码(CPC)相位偏移。在选定实施例中，通过对LFM线性调频脉冲信号进行编码来产生DDM发射信号，以限定多个DDM发射器模块的零径向速度位置，以使其具有与基于互质数的值一致的间隔值。在其它实施例中，通过使用对应多个多位缓慢时间相位偏移移位器将多个相移应用到LFM线性调频脉冲信号来产生DDM发射信号，以从LFM线性调频脉冲信号产生多个CPC渐进式相位偏移信号，每个CPC渐进式相位偏移信号具有从LFM线性调频脉冲信号
偏移的不同的CPC相位。在此类实施例中，多位缓慢时间相位偏移移位器中的每一个可实施有用于提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达系统，其特征在于，包括：参考信号发生器，其被配置成产生包括波形序列的发射参考信号；多个多普勒分割复用(DDM)发射模块，其被连接并且被配置成在N个发射天线上产生、调节和发射多个发射信号，每个发射信号具有与所述发射参考信号不同的互质编码(CPC)相位偏移；至少第一接收器模块，其被连接并且被配置成接收通过至少一个目标从所述多个发射信号反射的目标返回信号并且根据所述目标返回信号产生数字信号；以及雷达控制处理单元，其被配置成检测所述数字信号中的多普勒频谱峰值，所述雷达控制处理单元包括多普勒消歧模块，所述多普勒消歧模块被配置成具有CPC解码器以使每个检测到的多普勒频谱峰值与对应DDM发射模块相关联，由此产生多个与发射器相关联的多普勒频谱峰值检测。2.根据权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，每个DDM发射模块包括：缓慢时间相位偏移移位器，其被连接以从所述发射参考信号产生互质编码的渐进式相位偏移信号；以及信号编码器，其使用信号调节和功率放大对所述互质编码的渐进式相位偏移信号进行编码，以产生所述多个发射信号中的一个发射信号并且通过发射天线将所述多个发射信号中的一个发射信号作为射频编码的发射信号发射。3.根据权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述多普勒消歧模块被配置成针对每个DDM发射模块构造具有遵循与所述发射模块相关联的唯一互质间隔序列的抽头延迟的二进制FIR发射器滤波器。4.根据权利要求3所述的雷达系统，其特征在于，所述多普勒消歧模块被配置成对从所述数字信号产生的多普勒频谱执行阈值检测，并且产生仅在与检测到的单元相对应的条目处具有
‘1’
的多普勒频谱样本的二进制检测序列。5.一种用于操作多普勒分割复用(DDM)多输入
‑
多输出(MIMO)雷达系统的方法，其特征在于，包括：产生线性调频(LFM)线性调频脉冲信号；通过多个DDM发射器模块从所述LFM线性调频脉冲信号产生多个DDM发射信号，所述多个DDM发射信号各自具有与所述LFM线性调频脉冲信号不同的互质编码(CPC)相位偏移；在接收器模块的一个或多个接收天线处，接收从所述多个DDM发射信号通过目标反射的目标返回信号；在所述接收器模块处将所述目标返回信号与所述LFM线性调频脉冲信号混合以产生中频信号；在所述接收器模块处使用模数转换器将所述中频信号转换成数字信号；处理所述数字信号以检测所述数字信号中的多普勒频谱峰值；以及应用CPC解码器以使每个检测到的多普勒频谱峰值与对应DDM发射器模块相关联，由此产生多个与发射器相关联的多普勒频...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩云，任东寅，萨蒂什，
申请(专利权)人：恩智浦美国有限公司，
类型：发明
国别省市：