阅读说明：本技术 通过相互延迟正交码具有改进的距离分辨率的雷达系统操作方法和雷达系统 (Radar system operation method and radar system with improved range resolution by mutually delaying orthogonal codes ) 是由 H-P·拜泽 于 2018-11-27 设计创作，主要内容包括：一种操作调制连续波雷达系统的方法,至少包括以下步骤：以调制频率朝向具有要被检测的潜在物体的场景发射(38)表示相互正交码的多个n个调制连续雷达波,其中多个调制连续雷达波中的已发射调制连续雷达波以由调制频率的周期的n分之一给定的恒定时滞(τ)被连续地发射；以等于调制频率的采样率(1/t<Sub>s</Sub>)对多个被反射并且接收到的雷达信号进行数字转换(44)；对每个接收到的雷达信号的单独距离信息进行解码(46)；并且基于所解码的单独距离信息确定(48)雷达系统与物体之间的距离。(A method of operating a modulated continuous wave radar system comprising at least the steps of: emitting (38) a plurality of n modulated continuous radar waves representing mutually orthogonal codes at a modulation frequency towards a scene with potential objects to be detected, wherein an emitted modulated continuous radar wave of the plurality of modulated continuous radar waves is emitted continuously with a constant time lag (τ) given by one n-th of the period of the modulation frequency; to equal toneSampling rate of system frequency (1/t) s ) Digitally converting (44) the plurality of reflected and received radar signals; decoding (46) the individual range information for each received radar signal; and determining (48) a distance between the radar system and the object based on the decoded individual distance information.)

通过相互延迟正交码具有改进的距离分辨率的雷达系统操作 方法和雷达系统

技术领域

本发明涉及一种操作调制连续波雷达系统的方法以及由这种方法操作的汽车连续波雷达系统。

背景技术

在汽车技术领域，已知在内部汽车应用和外部汽车应用中采用雷达技术，特别是连续波(CW)雷达系统，用于以多种方式提供改进的安全性。最常见地，汽车雷达系统在雷达载波频率上以大约24GHz或大约77GHz的范围操作。许多汽车雷达系统应用(例如，停车辅助系统或利用乘客的呼吸运动的座位乘客检测系统)要求高距离分辨率，以提供有关可能出现在雷达系统近场中的物体的精确信息。在这种应用中，汽车雷达系统的距离分辨率可能受到所采用的模数转换器的采样率的限制。

发明目的

期望在不针对所采用的模数转换器收紧性能要求(特别是关于最大采样率)的情况下，提供一种具有改进的距离分辨率的汽车雷达系统。

因此，本发明的目的是提供一种汽车雷达系统，该汽车雷达系统能够使用具有常规采样率性能的所采用的模数转换器来提供改进的距离分辨率。

发明内容

在本发明的一个方面中，通过操作调制连续波雷达系统的方法来实现该目的，该方法至少包括以下步骤：

-以调制频率调制多个连续雷达波，以用于提供表示相互正交码的多个n个调制连续雷达波，

-朝向具有要被检测的潜在物体的场景发射多个n个调制连续雷达波，其中多个调制连续雷达波中的已发射调制连续雷达波以由调制频率的周期的n分之一给定的恒定时滞被连续发射，

-接收已经被雷达系统发射并且已经被物体反射的多个雷达波，

-根据接收到的多个雷达波生成多个接收到的雷达信号，

-以等于调制频率的采样率对所生成的多个接收到的雷达信号进行数字转换，

-根据所生成的多个接收到的雷达信号对每个接收到的雷达信号的单独距离信息进行解码，以及

-基于所解码的单独距离信息来确定雷达系统与物体之间的距离。

如在本申请中所使用的，短语“调制频率”应该特别地理解为针对相互正交性而调制多个连续雷达波所要求的持续时间的倒数。如在本申请中所使用的，术语“相互正交码”应该特别地理解为在接收侧的多个接收到的雷达波之间实现相互零串扰。如在本申请中所使用的，短语“以恒定时滞连续地发射”应该特别地理解为使得在时间意义上连续的多个n个调制连续雷达波中的两个调制连续雷达波的起始在时间上被恒定时滞分开。这意味着多个n个调制连续雷达波可以在其持续时间的大部分时间内被同时发射。

应该注意，以相同的恒定时滞连续地接收已经以恒定时滞连续发射并且已经被物体反射的多个调制连续雷达波中的调制连续雷达波。

本发明基于这样的观点：尽管使用具有相对较低采样率的常规电子电路，但是通过努力连续地发射表示正交码的多个调制连续雷达波(由恒定时滞分开)并且通过组合多个距离信息，可以实现更高的距离分辨率。在合适的实施例中，对每个接收到的雷达信号的单独距离信息进行解码的努力可以保持在可容忍的水平，因为它可以随着已发射的、已调制的连续雷达波的数目n而按比例缩放。

为了进一步说明，在示例中用表示相互正交码的多个三个调制连续雷达波来论证本发明的概念(图1)。多个三个调制连续雷达波中的调制连续雷达波以由调制频率的周期的三分之一给定的恒定时滞连续地发射。假定调制连续雷达波已经被距离雷达系统一定距离处的物体反射。针对解码，本领域中已知将距离多普勒信息分配给多个多普勒分组(bin)和多个距离门(检测矩阵)。在图1中，所解码的单独距离信息由距离门表示。每个距离门由时隙定义，时隙进而表示特定的距离间隔。距离门中的每一个距离门的持续时间t_s由所采用的模数转换器的采样率的倒数给定，该采样率等于调制频率。由此，距离分辨率被限制为(c表示光速)。

除了恒定时滞外，针对所有三个调制连续雷达波，距离门中的单独距离信息都是相同的。图1中指示了三个假定的“真实”距离R₁、R₂、R₃。

对于距离R₁，将在第一接收到的雷达信号的距离门#3处、第二接收到的雷达信号的距离门#2处以及第三接收到的雷达信号的距离门#2处指示距离信息中的峰值；即，在距离门#3处指示一个峰值，并且在距离门#2处指示两个峰值。从这些结果中可以确定，“真实”距离由通过组合所有三个接收到的雷达信号的距离门的界限而生成的多个距离门中的距离门#6中的峰值指示。

对于距离R₂，将在第一接收到的雷达信号的距离门#2处、第二接收到的雷达信号的距离门#2处以及第三接收到的雷达信号的距离门#1处指示距离信息中的峰值；即，在距离门#1处指示一个峰值，并且在距离门#2处指示两个峰值。从这些结果中可以确定，“真实”距离由组合的距离门中的距离门#4中的峰值指示。

对于距离R₃，将在第一接收到的雷达信号的距离门#4处、第二接收到的雷达信号的距离门#4处以及第三接收到的雷达信号的距离门#4处指示距离信息中的峰值；即，在距离门#4处指示三个峰值。从这些结果中可以确定，“真实”距离由组合的距离门中的距离门#11中的峰值指示。

如所呈现的，可以使用具有常规采样率性能的模数转换器来将距离分辨率改进n倍。

注意，所提出的方法有益地适用于频率调制连续波(FMCW)雷达传感器系统和相位调制连续波(PMCW)雷达传感器系统。

正交性可以通过对斜坡长度、带宽、时移的调制或本领域技术人员认为合适的任何其他方法在频率调制连续波(FMCW)雷达中实现。在相位调制连续波(PMCW)雷达中，编码可以通过双相位的相位调制序列或多相位的相位调制序列进行调整，其中序列的成员由单位的复数根给定，例如，几乎完美的自相关序列(APAS)、最大长度序列(m-序列)或本领域技术人员认为合适的任何其他序列。

对于FMCW雷达系统，调制频率可以由预期的最大拍频的两倍给定。对于PMCW雷达系统，调制频率的周期可以由应用于调制的数字符号的序列的持续时间给定。在这种情况下，调制频率也将被称为“调制码频率”。

在该方法的优选实施例中，发射表示相互正交码的多个n个调制连续雷达波的步骤包括：以时滞连续地发射多个调制连续雷达波中的调制连续雷达波，该时滞具有比调制频率的周期的n分之一的20％小的起始和持续时间两者的绝对偏差。

从图2中所示的示例中，对于本领域技术人员变得显而易见的是，如果时滞的起始和/或持续时间的绝对偏差变得过大，则组合的距离门将变得模糊。另一方面，关于时滞的绝对偏差的过于苛刻的要求导致了不可接受的高硬件工作量。所提出的绝对最大偏差是距离分辨率的可实现提高与硬件工作量之间的权衡。

优选地，发射表示相互正交码的多个n个调制连续雷达波的步骤包括：发射在两个与五十个之间并且包括两个和五十个的多个调制连续雷达波。再次强调，用于多个调制连续雷达波的所提出的距离平衡了距离分辨率的期望改进以及用于保持时滞的绝对偏差足够低所要求的硬件工作量。

在优选实施例中，调制连续波雷达系统被设计为相位调制连续波(PMCW)雷达系统，并且发射表示相互正交码的多个n个调制连续雷达波的步骤包括：发射具有基于数字符号的序列的外部编码的多个n个调制连续雷达波，这可以减轻用于提供表示相互正交码的多个n个调制连续雷达波的工作量。

在其他优选实施例中，调制连续波雷达系统被设计为频率调制连续波(FMCW)雷达系统，并且发射表示相互正交码的多个n个调制连续雷达波的步骤包括：发射通过对斜坡长度、带宽或时移的调制中的至少一个被正交编码的多个n个调制连续雷达波。

以这种方式，相位调制连续波(PMCW)雷达系统或频率调制连续波(FMCW)雷达系统的公知的优点可以取决于所考虑的连续波雷达系统的应用容易地与本发明的方法结合使用。

在该方法的优选实施例中，解码的步骤包括对接收到的多个雷达波进行下混频或解调频，并且在多个雷达波中的下混频或解调频的雷达波处执行快速傅里叶变换(FFT)或相关性分析。解码的这一步骤可以有益地特别适用于设计为FMCW雷达系统(在这种情况下：FFT)的汽车雷达系统或设计为PMCW雷达系统(在这种情况下：相关性分析)的汽车雷达系统。下混频或解调频技术在本领域中是公知的，并且因此不需要在本文中更详细地讨论。

在本发明的另一方面，提供了一种汽车连续波雷达系统。该汽车连续波雷达系统包括：

-雷达波发生器，其被配置为提供连续雷达波，

-调制单元，其被配置为以调制频率调制所提供的连续雷达波，以用于提供相互正交的多个n个调制连续雷达波，

-雷达波发射单元，其被配置为朝向具有要被检测的潜在物体的场景发射多个n个调制正交连续雷达波，其中多个调制连续雷达波中的已发射调制正交连续雷达波以由调制频率的周期的n分之一给定的恒定时滞被连续地发射，

-雷达波接收单元，其被配置为接收已经被雷达波发射单元发射并且已经被物体反射的多个雷达波，

-雷达电子电路，其被配置为根据接收到的多个雷达波生成多个接收到的雷达信号，并且以等于调制频率的采样率对所生成的多个接收到的雷达信号进行数字转换，

-解码单元，其被配置为根据所生成的多个接收到的雷达信号对每个接收到的雷达信号的单独距离信息进行解码，以及

-评估和控制单元，其被配置用于控制雷达系统的至少一个其他单元，以及读出所生成的多个接收到的雷达信号中的每个接收到的雷达信号的所解码的单独距离信息，并且被进一步配置用于基于所解码的单独距离信息来确定雷达系统与物体之间的距离。

如本申请中所使用的，术语“汽车的”应特别地理解为适用于乘用车、卡车和公共汽车。如在本申请中所使用的，短语“被配置为”应特别地理解为被特别编程、布置、提供或安排。

在上下文中关于操作调制连续波雷达系统的所提出的方法所描述的益处在很大程度上适用于调制连续波雷达系统。

优选地，调制单元包括用于提供相互正交的多个n个调制连续雷达波的调制模块，其中调制模块被配置用于将连续波雷达系统作为相位调制连续波雷达系统或作为频率调制连续波雷达系统进行操作。

例如，在Levanon,N.和Getz,B.的“Comparison between linear FM and phase-coded CW radars”(IEE Proceedings-Radar，Sonar and Navigation 141.4(1994)，230-240)中讨论了FMCW雷达系统和PMCW雷达系统的优点和缺点。因此，在对于那些允许通过引用并入的权限有效的情况下，该文章应全部通过引用并入。

优选地，评估和控制单元包括处理器单元和处理器单元对其具有数据访问权的数字数据存储器单元。以这种方式，可以读出每个接收到的雷达信号的所解码的单独距离信息，并且可以在汽车连续波雷达系统内基于所解码的单独距离信息来确定雷达系统与物体之间的距离，以保证快速且无干扰的信号处理和评估。

在本发明的另一个方面中，提供了用于控制本文所公开的方法的实施例的步骤的自动执行的软件模块。

要被执行的方法步骤被转换为软件模块的程序代码，其中该程序代码可以在汽车连续波雷达系统的数字存储器单元中实现，并且可以由汽车连续波雷达系统的处理器单元执行。优选地，数字存储器单元和/或处理器单元可以是汽车连续波雷达系统的评估和控制单元的数字存储器单元和/或处理器单元。可替代地或补充地，处理器单元可以是另一处理器单元，该另一处理器单元被特别地分配用于执行方法步骤中的至少一些。

软件模块可以实现该方法的稳健且可靠的执行，并且可以允许快速修改方法步骤。

本发明的这些方面和其他方面将从下文所描述的实施例中显而易见并且参考下文所描述的实施例加以说明。

应当指出，在前面的描述中单独详述的特征和措施可以以任何技术上有意义的方式彼此结合，并且示出了本发明的进一步实施例。该描述具体地结合附图来表征和指定本发明。

附图说明

根据下面参考附图对非限制性实施例的详细描述，本发明的进一步细节和优点将变得显而易见，在附图中：

图1示意性地示出了以恒定时滞连续发射的表示相互正交码的多个三个调制连续雷达波在物体处的反射之后接收到的多个三个雷达信号的单独距离门信息；

图2是设计为相位调制连续波雷达系统的汽车连续波雷达系统的发射侧的功能方案；

图3是根据图2的汽车连续波雷达系统的接收侧的功能方案；

图4示出了用于操作根据图2的汽车连续波雷达系统的相位调制连续波；以及

图5是操作根据图2和图3的调制连续波雷达系统的根据本发明的方法的可能实施例的流程图。

具体实施方式

在下文中，操作调制连续波雷达系统的根据本发明的方法的可能实施例包括：发射侧10、接收侧20以及评估和控制单元28。参考图2和图3描述了调制连续波雷达系统，图2和图3分别示出了发射侧10和接收侧12的功能方案。参考图5中所示的流程图描述了根据本发明的方法。

在该具体实施例中，调制连续波雷达系统被设计为用于汽车应用(更具体地，用于车辆停车辅助系统)的相位调制连续波(PMCW)雷达系统。PMCW雷达系统被配置为在约77GHz的雷达载波频率处操作。

在替代实施例中，如本领域技术人员将容易认识到的，调制连续波雷达系统也可以利用适当适配的方法步骤被设计为频率调制连续波雷达系统。

自动地且重复地、优选周期性地执行该方法的步骤。可以由车辆停车辅助系统的控制单元来发起步骤的开始执行。

在该方法的第一步骤34中，由发射侧10的雷达波发生器12提供多个连续的雷达波。如本领域公知的，雷达波发生器12包括本地振荡器和电子混频器(未示出)。在该具体实施例中，连续雷达波的数目n为10。在其他实施例中，连续雷达波的数目可以在2和50之间的范围内。

通过发射侧10的调制单元14，在另一步骤36中调制多个连续雷达波以表示相互正交码，使得多个三个连续雷达波中的连续雷达波是相互正交的。

在PMCW雷达系统的该具体实施例中，相位调制基于双相位调制，这意味着对于连续雷达波，相位为或可以根据要求适当选择旨在发射的相位码例如，作为几乎完美的自相关序列(APAS)或最大长度序列(m-序列)。然后可以通过以下公式对相位建模：

其中啁啾持续时间为T_c且码长为L_c，一个潜在的相位调制雷达波形在图4中示出。

多个三个连续雷达波中的每个连续雷达波利用不同的相位码调制，用于通过外部编码提供相互正交性。调制码频率是由啁啾持续时间T_c和码长L_c的乘积的倒数给定的。在该具体示例中，调制码频率是从500MHz和2GHz之间的范围中选择的。

发射侧10的雷达波发射单元16包括雷达发射天线18，并且被配置为朝向具有要被检测的潜在物体的场景发射多个三个调制正交连续雷达波15。在该方法的下一步骤38中，以由调制码频率的周期的三分之一给定的恒定时滞τ(图1和图2)连续地发射多个调制连续雷达波中的已发射调制正交连续雷达波。在该具体实施例中，时滞τ显示了少于调制码频率的周期的三分之一的10％的绝对偏差。

如果潜在物体出现在PMCW雷达系统的视野内，则在另一步骤40中，多个调制连续雷达波中的已发射调制正交连续雷达波将被物体反射并且由PMCW雷达系统的接收侧20的雷达接收单元22(图3)的雷达接收天线23接收。

接收侧20的雷达电子电路24至少包含电子混频器和低通滤波器(未示出)，并且被配置为在该方法的下一步骤42中根据接收到的多个雷达波生成多个接收到的雷达信号。在另一步骤44中，雷达电子电路的具有等于调制码频率的采样率1/t_s(t_s：采样周期，图1)的模数转换器(未示出)对所生成的多个接收到的雷达信号进行数字转换。

在该方法的下一步骤46中，接收侧20的包括相关性库(未示出)的解码单元26根据所生成的多个三个接收到的雷达信号对每个接收到的雷达信号的单独距离信息进行解码。相关性库的并行相关器的数量等于序列长度L_c，以在单个步骤中提供距离处理。雷达照明场景中存在的各种多普勒频移叠加在距离门和多普勒分组中。相干累加器将通过执行预定数量的累加来增加信噪比(SNR)，并且将至少执行预定长度N的快速傅里叶变换(FFT)以提取多普勒信息。由此，空间信息可以在单独的距离门中进行划分。

PMCW雷达系统的评估和控制单元28被配置用于控制雷达波发生器12、调制单元14和解码单元26。评估和控制单元28配备有处理器单元30和处理器单元30对其具有数据访问权并且进一步配备有软件模块的数字数据存储器单元32。要执行的方法步骤被转换成软件模块的程序代码。程序代码在评估和控制单元28的数字数据存储器单元32中实现，并且可以由评估和控制单元28的处理器单元30执行。

评估和控制单元28从解码单元26接收所生成的多个三个接收到的雷达信号中的每个接收到的雷达信号的所解码的单独距离信息。基于所解码的单独距离信息，并且利用关于已经以(j-1)τ的延迟连续发射的多个三个正交编码的连续雷达波中的连续雷达波的先验知识，评估和控制单元28在另一步骤48中确定调制连续波雷达系统与物体之间的距离。

图1示意性地示出了以恒定的时滞τ连续发射并且在被物体反射后以恒定的时滞接收的多个三个雷达信号中的三个雷达信号的单独距离门信息。图1示出了本文公开的发明的概念，并且已经在前面进行了描述。

在数学意义上更正式地，本发明的概念可以表述如下：

设x₁，…，x_n为正交码并且X₁，…，X_n为以1/t_s的调制频率发射后的对应的连续雷达波。假设雷达波发射单元16同时地并且连续地以时滞τ发射波形

从距离R处的给定的固定目标接收到以下信号：

XR_j(t-(j-1)τ-T),j＝1,…,n

其中(忽略振幅)。

具有采样周期t_s的数字化产生码

其中circShift表示第二个自变量的循环移位，并且小括号表示向下一个下整数取整。为了对距离信息进行解码，必须通过执行与相应的矩阵A(PMCW雷达系统的相关性库，FMCW雷达系统的FFT)的乘法来处理这些信号：

dec_r(j,T)＝A·r(j,T)

雷达信号的相互正交性实现码r(j,T)的单独处理。

结果是距离信息的n倍，其中的每一个对应于一个距离网格

RG_j,j＝1,…,n

其中分辨率根据调制频率1/t_s。利用多个正交编码的连续雷达波中的连续雷达波已经以(j-1)τ的延迟连续地发射的先验知识，可以得出结论：RG_j实际上表示相互移位的距离网格。因此，采用距离网格RG_j(峰值)中的信息的组合，距离分辨率增加了n倍。

因此，所提出的方法能够以1/t_s的模数转换器的相对较低的采样率实现高距离分辨率。

尽管已经在附图和前述描述中详细地示出和描述了本发明，但是这种图示和描述被认为是说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员可以在实践所要求保护的发明时理解和实现对公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个，这旨在表达至少两个的量。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的唯一事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

附图标记列表

10 发射侧

12 雷达波发生器

14 调制单元

15 调制正交连续雷达波

16 雷达波发射单元

18 雷达发射天线

20 接收侧

22 雷达波接收单元

23 雷达接收天线

24 雷达电子电路

26 解码单元

28 评估和控制单元

30 处理器单元

32 数字数据存储器单元

方法步骤：

34 提供多个连续雷达波

36 调制多个连续雷达波

38 以恒定延迟发射多个连续雷达波

40 接收多个反射的雷达波

42 生成多个接收到的雷达信号

44 对接收到的雷达信号进行数字转换

46 解码单独距离信息

48 确定雷达系统与物体之间的距离

L_c 码长度

R₁ 距离

R₂ 距离

R₃ 距离

τ 时滞

T_c 啁啾持续时间

t_s ADC采样周期

1/t_s 采样率