阅读说明：本技术 频率调制连续波雷达系统 (Frequency modulated continuous wave radar system ) 是由 南相昊 M·贝里 B·K·帕克 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：本公开的实施例涉及频率调制连续波雷达系统。一种雷达系统和一种用于使用该雷达系统检测目标的方法。雷达系统包括波形发生器、多个移相器、至少一个混频器、模数转换器、快速傅里叶变换(FFT)处理单元和处理单元。波形发生器生成包括重复预定次数的一组线性调频信号的频率调制连续波(FMCW)信号。移相器在发射分支上移位每个线性调频信号的相位。经由第一发射分支和第二发射分支发射的相位分别根据第一组规则间隔相位和第二组规则间隔相位而被移位。第一组规则间隔相位和第二组规则间隔相位分别具有彼此不同的第一相位差和第二相位差。FFT处理单元执行FFT处理,并且处理单元基于距离多普勒映射区间确定目标的方向角。(Embodiments of the present disclosure relate to frequency modulated continuous wave radar systems. A radar system and a method for detecting a target using the radar system. The radar system includes a waveform generator, a plurality of phase shifters, at least one mixer, an analog-to-digital converter, a Fast Fourier Transform (FFT) processing unit, and a processing unit. The waveform generator generates a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) signal comprising a set of chirps that repeat a predetermined number of times. A phase shifter shifts the phase of each chirp signal on the transmit branch. The phases transmitted via the first and second transmit branches are shifted according to the first and second sets of regularly spaced phases, respectively. The first and second sets of regularly spaced phases have first and second phase differences, respectively, that are different from each other. The FFT processing unit performs FFT processing, and the processing unit determines a direction angle of the target based on the range-Doppler mapping section.)

频率调制连续波雷达系统

技术领域

本公开的实施例涉及频率调制连续波(FMCW)雷达系统，并且更具体地涉及用于使用多个天线的高分辨率FMCW雷达的方法和系统。

背景技术

雷达传感器用于检测和识别针对目标的距离、速度和角位置的信息。为了获取针对目标(或目标之间)的高度准确的角度信息，可以使用大量接收器和接收天线。这些大量的接收器/天线需要更多的硬件信道，因为需要大量的组件和大的天线尺寸，从而增加了巨大的成本。例如，在汽车工业中，其中雷达传感器成为先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶(AD)的组成部分，汽车雷达传感器需要高的性能但是小的形状因子和成本。

发明内容

该目的通过根据独立权利要求的装置和方法来解决。在从属权利要求中解决了在某些情况下可能有益的其他实施例。

根据本公开的第一方面，提供了一种雷达系统。雷达系统包括波形发生器、多个移相器、至少一个混频器、模数转换器、快速傅里叶变换(FFT)处理单元和处理单元。波形发生器被配置为生成频率调制连续波(FMCW)信号。FMCW信号包括重复预定次数的一组线性调频信号，并且FMCW信号被转发给多个发射分支以通过多个天线同时发射并且被转发给一个或多个接收分支，以用于在被反射离开目标之后接收的FMCW信号的接收处理。多个移相器被配置为在至少一个发射分支上移位每个线性调频信号的相位。经由第一发射分支发射的相位根据第一组规则间隔相位而被移位，并且经由第二发射分支发射的相位根据第二组规则间隔相位而被移位。第一组规则间隔相位具有第一相位差，并且第二组规则间隔相位具有第二相位差。第一相位差不同于第二相位差。至少一个混频器被配置为对在至少一个天线上接收的信号进行下变频以生成中频信号。模数转换器被配置为将中频信号转换到数字域。FFT处理单元被配置为在数字域中对在每个天线上接收的每个线性调频信号执行第一FFT处理，并且对该组线性调频信号的第一FFT处理的结果执行第二FFT处理。处理单元被配置为处理FFT处理单元的输出，以基于包含具有第一相位差和第二相位差的峰值的距离多普勒映射区间来确定目标的方向角。

利用这些实施例，可以利用较少数目的组件(诸如发射器、接收器和天线)获取高的角度分辨率(例如，1°或更高的分辨率)。

在一些实施例中，经由第三发射分支发射的每个线性调频信号的相位未被相位调制。

在一些实施例中，通过标识与一个预定发射分支相对应的距离多普勒映射中的第一峰值来确定速度。

在一些实施例中，预定分支是每个线性调频信号的相位未被相位调制的分支。

在一些实施例中，在第二FFT处理之后，移位发射分支上的线性调频信号的相位，以在多普勒域中引起与不同发射分支相对应的峰值的特定移位。

在一些实施例中，对多普勒域引起的特定移位是不对称的。

在一些实施例中，在天线上应用于一组线性调频信号的相移单调地改变或者保持恒定。

根据本公开的第二方面，提供了一种检测目标的方法。该方法包括生成FMCW信号，该FMCW信号包括重复预定次数的一组线性调频信号；将FMCW信号转发给多个发射分支和至少一个接收分支；在至少一个发射分支上移位每个线性调频信号的相位，其中经由第一发射分支发射的相位根据第一组规则间隔相位而被移位，并且经由第二发射分支发射的相位根据第二组规则间隔相位而被移位，其中第一组规则间隔相位具有第一相位差，并且第二组规则间隔相位具有第二相位差，其中第一相位差不同于第二相位差；在多个天线上的同时相移之后发射FMCW信号；接收被反射离开目标的所发射的FMCW信号；对在至少一个天线上接收的FMCW信号进行下变频以生成中频信号；将中频信号转换到数字域；在数字域中在每个天线上对每个线性调频信号执行第一FFT处理，并且对该组线性调频信号进行的第一FFT处理的结果执行第二FFT处理，并且处理FFT处理的输出，以基于包含具有第一相位差和第二相位差的峰值的距离多普勒映射区间来确定目标的方向角。

根据本公开的第一方面，提供了一种雷达系统，其包括：用于生成FMCW信号的装置，该FMCW信号包括重复预定次数的一组线性调频信号；用于将FMCW信号转发给多个发射分支和至少一个接收分支的装置；用于在至少一个发射分支上移位每个线性调频信号的相位的装置，其中经由第一发射分支发射的相位根据第一组规则间隔相位而被移位，并且经由第二发射分支发射的相位根据第二组规则间隔相位而被移位，其中第一组规则间隔相位具有第一相位差，并且第二组规则间隔相位具有第二相位差，其中第一相位差不同于第二相位差；用于在多个天线上的同时相移之后发射FMCW信号的装置；用于接收被反射离开目标的所发射的FMCW信号的装置；用于对在至少一个天线上接收的FMCW信号进行下变频以生成中频信号的装置；用于将中频信号转换到数字域的装置；用于在数字域中在每个天线上对每个线性调频信号执行第一快速傅里叶变换(FFT)处理并且对一组线性调频信号的第一FFT处理的结果执行第二FFT处理的装置；以及用于处理FFT处理的输出以基于包含具有第一相位差和第二相位差的峰值的距离多普勒映射区间来确定目标的方向角的装置。

附图说明

以下将仅通过示例并且参考附图来描述装置和/或方法的一些实施例，在附图中：

图1是根据一个实施例的雷达系统的图；

图2示出了包括一组线性调频信号的示例FMCW波形；

图3示出了这种相位调制的效果；

图4示出了波形的发射和接收；

图5和6示出了相位调制的效果；

图7是具有三个发射器和一个接收器的雷达系统的示例结构；

图8示出了在没有执行相位调制的情况下的三个信道中的第二FFT处理的输出；

图9示出了具有三个发射器和一个接收器的雷达系统的示例结构；

图10示出了使用图9所示的配置进行第二FFT处理之后的结果；

图11是双发射器情况的示例；

图12示出了在第二FFT处理之后的接收信号；

图13是在FFT处理之后为多输入多输出(MIMO)合成分配数据的示例过程的流程图；

图14示出了具有包括移相器的三个发射器的示例系统；

图15示出了图14的雷达系统的频移结果；

图16示出了使用四个发射器和四个接收器合成16个信道的示例情况；

图17示出了图16中每个发射器的相位调制矢量组；

图18示出了每个接收器中的来自单个目标的接收信号；

图19示出了非相干积分；

图20是解调和到达方向确定处理的示例流程；

图21-图23示出了根据一个实施例的解调处理；以及

图24示出了根据一个实施例的使用FMCW雷达来检测目标的示例过程的流程。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述各种实施例，附图中示出了一些实施例。在附图中，为了清楚起见，可以夸大线、层和/或区域的厚度。

因此，虽然其他实施例能够具有各种修改和备选形式，但是其一些特定实施例在附图中示出并且随后将被详细描述。然而，该详细描述并不将其他实施例限制于所描述的特定形式。其他实施例可以涵盖落入本公开的范围内的所有修改、等同物和备选物。在整个附图的描述中，相同的数字表示相同或相似的元件，当相互比较时，它们可以相同地或以修改的形式实现，同时提供相同或相似的功能。

应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，这些元件可以直接或者经由一个或多个中间元件连接或耦合。如果使用“或”将两个元素A和B组合在一起，则应当理解为公开所有可能的组合，即仅A、仅B、以及A和B。相同组合的替代措辞是“A和B中的至少一个”。这同样适用于两种以上元素的组合。

本文中用于描述特定实施例的术语不旨在限制其他实施例。无论何时使用诸如“一个(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”等单数形式，并且仅使用单个元素既不明确地也不隐含地定义为强制性的，则其他实施例也可以使用多个元素来实现相同的功能。同样地，当随后将功能描述为使用多个元素实现时，其他实施例可以使用单个元素或处理实体来实现相同的功能。将进一步理解，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”在使用时指定所述特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元素和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元素、组件和/或其任何组的存在或添加。

除非另外定义，否则所有术语(包括技术和科学术语)在本文中以其实施例所属领域的普通含义使用。

为了获取高角度分辨率的雷达，需要窄的波束宽度，这通常需要大量的接收器和天线。大量接收器和天线增加了天线孔径尺寸，但也增加了成本。

多输入多输出(MIMO)用于雷达，以通过物理实现的多个发射器和/或多个接收器的组合来合成虚拟接收器阵列，从而扩大有效雷达孔径尺寸。为了从物理天线阵列合成虚拟阵列，在MIMO技术中需要分离在每个接收器处从不同发射器接收的反射信号。另外，在每个接收器中还需要标识每个反射信号的对应发射器。这些限制可以通过包括相位补偿或跟踪在内的后处理来减轻。然而，这些方法增加了更多的开发和硬件成本，这使得这些技术对于应用ADAS和自动驾驶的雷达来说是不现实的。

已经针对高分辨率雷达使用或提出了不同的MIMO技术。汽车雷达工业中的一种示例MIMO方法是时分复用(即，时分多址(TDMA))。在TDMA中，一次一个地启用发射器。例如，激活第一个发射器同时停用其他发射器，然后激活第二发射器同时停用其他发射器，以此类推。每个接收器中的信号(即，来自与不同发射器相关联的环境的反射)可以通过其交错的操作时间分开。但是，每个发射器之间的这个时间间隔会因为从相对速度导出的目标位置的偏差而导致相位误差。这需要在合成虚拟阵列之前的附加的相位补偿过程、更长的观察时间和存储器、更小的无误多普勒范围、以及时间间隔之间的相位误差。TDMA方案还需要更多的采集时间和存储器，导致大量的开发时间、测试和验证，从而增加了整体系统成本。

已经使用不同的MIMO方法来减轻时分复用MIMO中的这种相位误差。频分复用是一种备选方案，其中在每个发射器中添加不同的偏移频率。换言之，由于调制中的频率偏移，可以通过频率距离来隔离由不同发射器引起的信号。然而，由于对于ATV雷达可用的调制带宽限制，在每个发射器中放置不同的偏移频率面临着挑战。

正交频分复用(OFDM)是另一种备选。OFDM调制要求每个接收器中的相关器输出本地振荡器与接收信号之间的互相关。它还具有每个接收器中极其复杂的配置以及高速模数转换器(ADC)采样率以覆盖完整接收带宽的缺点。这导致高复杂性和成本，这在汽车雷达工业的当前状态下是不可行的。

二进制相位调制(二进制相移键控(BPSK))是用于汽车雷达的另一种可能方法。二进制相位调制可以应用于MIMO以在激活多个发射器的同时在多普勒频域中分离信号。在BPSK MIMO中，多普勒域中的可部署频移是有限的，并且需要附加的信号处理来在适当的发射器中布置信号。因此，具有二进制相位调制的MIMO难以扩展到大量发射器。

本文中的实施例公开了一种用于具有高角度分辨率的高分辨率雷达系统的新概念。本文中公开的示例性雷达系统可以用于获取用于自动驾驶或任何其他应用的高清晰度图像。

公开了用于基于MIMO的FMCW雷达的方法和系统的实施例，其通过使用特定的相位调制方案来分离来自不同往返行进信道的信号，并且标识接收器处的对应发射器以改善相位误差并且因此以成本有效的方式实现高性能雷达。还公开了将来自所有不同发射器的分离信号布置到对应发射器的信号处理级，以完成用于高角度分辨率雷达的大型虚拟阵列合成。

在实施例中，相位调制的MIMO用于分离源自多个不同发射器的反射信号，并且执行后信号处理以将分离的信号布置到适当的虚拟阵列。

图1是根据一个实施例的雷达系统100的图。雷达系统100包括波形发生器102、多个移相器104、至少一个混频器106、模数转换器(ADC)108、快速傅里叶变换(FFT)处理单元110和处理单元112。

波形发生器102被配置为生成频率调制连续波(FMCW)信号。FMCW信号包括重复预定次数的一组线性调频信号。图2示出了包括一组线性调频信号的示例FMCW波形。线性调频信号是一种频率随时间增加或减少的信号。N_C是FMCW波形中的线性调频信号的总数(例如，N_C＝256)。

FMCW信号被转发给多个发射分支114以同时通过多个天线118a发射，并且被转发给一个或多个接收分支116以用于在被反射离开目标之后经由一个或多个天线118b接收的FMCW信号的接收处理。在图1中，作为示例，示出了四(4)个发射分支114(或发射器)和四(4)个接收分支116(或接收器)以用于经由四个天线118a/118b进行发射和接收。用于发射和接收的天线118a/118b可以是单独的天线，或者可以是相互的和相同的。发射和接收分支114/116(或发射器和接收器)以及发射和接收天线118a/118b的数目不限于任何特定数目，而是可以使用任何数目的发射/接收分支114/116和天线118a/118b。术语“发射器”和“发射分支”以及术语“接收器”和“接收分支”将分别可互换地使用。

多个移相器104被配置为在发射分支上移位每个线性调频信号的相位。可以在没有相移(即，零移位)的情况下发射一个发射分支上的线性调频信号。移相器104可以将不同发射分支上的线性调频信号的相位移位不同的量。例如，经由第一发射分支发射的线性调频信号的相位根据第一组规则间隔相位而被移位，并且经由第二发射分支发射的线性调频信号的相位根据第二组规则间隔相位而被移位。第一组规则间隔相位可以具有第一相位差，并且第二组规则间隔相位可以具有第二相位差。第一相位差不同于第二相位差。因此，在实施例中，在第一发射分支上直接连续发射的线性调频信号对的相位相差相同的固定的第一相位差，并且在第二发射分支上直接连续发射的线性调频信号的相位相差相同的固定的第二相位差。

至少一个混频器106被配置为在至少一个天线上使用本地振荡器信号对接收信号进行下变频，以生成中频(IF)信号。在通过带通滤波器进行滤波之后，ADC 108被配置为将中频信号转换到数字域。

FFT处理单元110被配置为在数字域中对在每个天线上接收的每个线性调频信号执行第一FFT处理，并且对该组线性调频信号的第一FFT处理的结果执行第二FFT处理。处理单元112被配置为处理FFT处理单元110的输出，以基于包含具有第一相位差和第二相位差的峰值的距离多普勒映射区间来确定目标的方向角。

发射分支114上的移相器104独立地增加相位延迟，从而向发射的线性调频信号提供预期的相位编码或调制。移相器104改变对应线性调频信号的初始相位。

在一个实施例中，可以设计等距离相位调制矢量集，并且将其应用于FMCW波形中的对应线性调频信号。将相位调制矢量的每个元素应用于FMCW波形中的对应线性调频信号以移位线性调频信号的相位。图3示出了这种相位调制在多普勒域中的影响。I_D是由于相位调制引起的峰值的频率索引(在第二FFT处理之后的FFT区间)。相位调制矢量中的相邻矢量元素之间的相位距离被定义为用于特定索引I_D的PD_ID，并且可以通过下式获取：

PD_ID＝360/N_C×I_D。 等式(1)

应用于发射分支上的FMCW波形的线性调频信号的相位调制矢量元素是0、PD_ID、2PD_ID、3PD_ID、......、(N_C-1)PD_ID。因此，对于该发射分支，帧的第一线性调频信号以与相位调制矢量的第一元素(例如，0)相对应的相移发射，帧的第二线性调频信号以与相位调制矢量的第二元素(例如，PD_ID)相对应的相移发射，帧的第三线性调频信号以与相位调制矢量的第三元素(例如，2PD_ID)相对应的相移发射，并且帧的第N线性调频信号以与相位调制矢量的第N元素(例如，(N_C-1)PD_ID)相对应的相移发射。对于多个发射器分支中的每个，根据与相应发射分支相对应的相应相位调制矢量的元素，以特定相移来发射线性调频信号。为了最小化频谱泄漏，可以选择整数I_D的绝对值小于N_C/2。备选地，可以选择小于N_C/2的浮点数I_D以生成期望频移。相位调制矢量集中的调制矢量元素之间的相位距离是恒定的，并且取决于N_C和I_D。表1示出了相位调制矢量的一般形式。

表1

相位调制矢量可以周期性地自连接。相位调制矢量可以设置为具有特定长度N_P，其小于波形中的线性调频信号的总数(N_C)，并且该相位调制矢量可以自连接以产生为N_C的长度，其是FMCW波形中的相同数目的线性调频信号。相位调制矢量的每个元素被添加到FMCW波形中的对应线性调频信号的起始相位。表2中提供了相应的相位调制矢量中的元素之间相对于所使用的矢量的量的相位距离。

相位调制矢量的#

1

2

3

4

5

6

…

元素之间的相位距离

360°

180°

120°

90°

72°

60°

…

表2

相位调制矢量的一些示例在表3和表4中示出。表3用于正间隔或逆时针相位增量矢量，而表4用于负间隔或顺时针相位增量矢量。应用于不同发射器/发射分支的该组相位调制矢量可以是来自表3和表4的任何N_P的组合。

表3

表4

每个天线上的每个发射波形用预定义的相位调制矢量中的一个相位调制矢量来调制，例如表3和表4所示的相位调制矢量。相位调制波形通过天线118辐射到空间中。发射信号从周围物体反射并且返回到接收器。

图4示出了波形的发射和接收。在图4中，使用四个发射器122和一个接收器124作为示例，但是可以使用任何数目的发射器和任何数目的接收器。接收器124从多个发射天线122接收被反射离开目标130的发射信号的组合信号。接收信号与参考信号相乘(混频)，参考信号可以是例如非相移信号(原始波形信号)。从而将接收信号转换为中频(IF)信号。IF信号被提供给模数转换器108以获取针对每个接收的线性调频信号的一组样本。与每个接收数据中的特定发射器相关联的信号可以通过信号处理来分离，这将在下面详细说明。

可以对具有包括多个线性调频信号的波形的雷达执行两个FFT处理。将使用术语“FFT”，包括离散傅里叶变换(DFT)处理。对每个线性调频信号的样本执行第一FFT处理，以从与每个线性调频信号相对应的IF信号的时间数据中提取频率分量。它被称为“距离处理”，因为FFT结果的频率索引表示雷达与散射体(例如，目标)之间的距离。对沿着FMCW波形中的线性调频信号的第一FFT处理的结果执行第二FFT处理，以获取作为第一FFT处理的输出的对应范围区间的相位周期。它被称为“多普勒处理”，因为它的频率索引表示雷达与散射体之间的相对速度。

来自每个发射器的信号可以与第二FFT处理的输出分开。图5和6分别示出了根据表3和4中的相位调制矢量的多普勒域中的相位调制的效果。在图5和6中，分别示出了在与表3和4中的相位调制矢量相关联的第二FFT处理之后的相移效果。作为相位调制的结果，从散射体获取的第二FFT处理的结果中的原始频率索引根据相移效果而移位，如图5和6所示。例如，如果使用具有不同相位调制矢量的4个发射器，则在来自相同范围FFT区间的第二FFT处理之后，将在多普勒域中在4个不同频率索引处出现峰值。

图7至10示出了针对具有三个发射器122和一个接收器124的雷达系统在多普勒域中的分离的概念。图7和8示出了雷达系统和当没有相位调制被应用于发射分支时获取的结果，而图9和10示出了雷达系统和当应用根据实施例的相位调制时获取的结果。从图7中可以看出，三个不同的往返路径信道形成在视线内。第一信道是TX1以接收器为目标，第二信道是TX2以接收器为目标，第三信道是TX3以接收器为目标。图7中的发射器122在没有相位调制的情况下同时发射波形。图8示出了在不执行相位调制的情况下三个信道中的第二FFT处理的输出。目标的相对径向速度可以从其峰值信号的频率索引获取。需要标识或彼此区分与每个发射器相关联的第二FFT处理输出的复杂信息，以便正确分配接收信号以合成虚拟天线阵列。然而，如果三个不同的发射器在没有任何相位调制的情况下同时发射，则来自不同信道的目标位于相同的频率区间上，从而提供输出的混合而不是分离的个体的输出。换言之，由于三个并发输出，所有输出彼此重叠或相互失真，因此不能正确地合成虚拟MIMO阵列。

图9示出了具有三个发射器122和一个接收器124的雷达系统的示例结构作为示例。图9中的发射器122在相位调制的情况下同时发射波形。在图9中的系统中，每个发射器122在天线118a之前具有移相器104，并且发射具有从移相器104生成的不同相位调制的信号。每个移相器104根据相位调制矢量来改变FMCW波形中的每个线性调频信号的初始相位。在该示例中，TX1、TX2和TX3的相位调制矢量集分别是表3中的PN1、PN4和PN2。其他配置与图7中的配置相同。图10示出了在利用图9所示的配置的第二FFT处理之后的结果。即使所有发射器122同时被激活以用于同时发射，信号也在第二FFT域中分离，如图10所示。这是由于通过在不同发射器122中应用于FMCW波形的相位调制而引入的附加相位分量。因此，在第二FFT处理之后的信号可以被标识为对应于其原始发射器。这使得构造虚拟阵列成为可能。由于相位调制矢量，初始常数和固定残余相位可以被添加到信号中，但是它可以在数字域中与其他校准一起校准，诸如传输线路损耗的补偿、延迟等。

由于所有发射器同时工作，因此不需要附加的处理，诸如由与每个发射器的交织操作之间的时间间隙相关联的目标的相对速度引起的相位补偿。此外，由于不同Tx之间的时间间隔不需要交织的线性调频信号，因此与时间复用MIMO相比，多普勒不模糊区域的减少和存储器大小的增加都不会发生。

可以将第二FFT处理中的分离信号分配给相关联的发射器。使用具有相位差恒定的元素的相位调制矢量的相位调制导致多普勒距离映射中的附加频移。沿着多普勒维度的频移取决于分配给相应相位调制矢量的元素的相位差。由于针对每组的相位差被选择为不同，因此可以实现多普勒域中的分离。为此，作为示例，图9中的雷达系统包括三个发射器122和一个接收器124，其中具有用于与PN1、PN4和PN2进行相位调制的移相器104。在第二FFT处理之后的频移结果如图10所示。结果，针对TX1和TX2的峰值之间的索引距离为-N_C/4，而针对TX2和TX3的峰值之间的距离为-N_C/4。如果P1被假定为与TX1相关联的反射信号，则针对与TX2相对应的峰值的索引应当为I_D-N_C/2-N_C/4。此外，针对TX3峰值的索引应当为I_D-N_C/2-N_C/2。如果期望的索引值超过域间隔，则应当考虑针对N_C的其余分量以补偿模糊性。如果在预期的索引处没有出现峰值，则假定P1来自TX1的初始假定是无效的。然后，假定P2或P3是来自TX1的那个，以找到满足期望的索引。在每个期望索引中找到两个峰值之后，将P3、P2和P1分配给TX1、TX2和TX3。因此，将峰值分配给相应TX信道的方法包括将多普勒域中的峰值之间的距离与分配给TX信道的相位调制矢量中使用的相应相位差相匹配。

图11是双发射器示例。PN1的相位调制矢量被应用于TX1，而PP4的相位调制矢量被应用于TX2。在第二FFT处理之后的接收信号被分离，如图12所示。

图13是在图11的示例系统中在FFT处理之后为MIMO合成分配数据的示例过程的流程图。其值高于阈值水平(例如，使用被称为恒定误报率(CFAR)阈值的概念)的第二FFT处理的峰值信号可以被视为可能的目标候选。在目标候选中，为TX1选择峰值(1302)。例如，具有较小索引的峰值信号可以最初被假定为与TX1相关联的反射信号。

下一过程是搜索针对TX2的下一预定义频率索引(在该示例中使用PP4)(1304)。由于选择相位调制矢量以获取TX1和TX2之间的索引差N_C/4，因此确定在确定的索引N_C/4中是否存在远离TX1的峰值(1306)。如果是这样，则这两个峰值可以配对以用于MIMO合成，因此来自TX1的一个复数值和来自TX2的另一复数值用于虚拟阵列合成，其中来自TX1和TX2的接收信道的输出被重新布置用于MIMO架构。然后将这些分配的R输出用于以下DoA算法(1308)。如果没有找到这样的配对峰值，则处理返回到1302以从TX1中选择下一峰值(例如，改变峰值为TX2的假定)。重复该操作，直到所有范围区间与其他区间配对作为相同数目的TX信道。例如，如果该方法使用2个TX，则所有范围区间都被分组，其中两个不同区间符合定义的区间距离。

图14示出了具有包括移相器104的三个发射器122的示例系统。图14的系统分别使用相位调制矢量PN1、PP4和PN2用于发射器TX1、TX2、TX3。图15示出了图14所示的雷达系统的产生的频移。如图15所示，在接收器中从单个目标获取三个峰值。MIMO合成过程基本上与图11-13所示的具有两个发射器的情况相同。首先，选择一个峰值并且将其视为来自TX1的信号。在该示例中，TX2的间隔被确定为N_C/4，并且TX3的间隔被确定为-N_C/2。该过程根据用于发射器分支的相位调制矢量，为每个发射器分支确定预期相应峰值的索引。针对每对发射器分支计算峰值之间的预期索引距离。然后，该过程基于预期索引距离将每个相应峰值分配给发射器。如果存在具有定义的频率索引距离的峰值信号，则收集信号以合成MIMO阵列。频域从-N_C/2到N_C/2-1。该频域是明确的频率区域。模糊频率区域可以被认为是搜索预定频率索引。例如，如果TX1区间位于N_C/2-50并且TX2的距离被设计为距离Tx1为+70，则它将呈现为-N_C/2+20处的折叠点，而不是在明确区域之外的N_C/2+20处的折叠点。

该过程可以扩展到具有任何数目的发射器和接收器的MIMO配置、以及能够在多普勒域中分离峰值的任何一组相位调制矢量，即利用相互不同的相移的任何一组相位调制矢量。图16示出了利用四个发射器和四个接收器合成16个信道的示例情况。S_i是合成阵列中的合成分量。在该示例中，S_i是来自4×(第j个TX-1)+第k个RX的第i个分配的合成阵列单元。例如，S1是经由T1的传输和经由R1的接收所产生的分量，S2是经由T1的传输和经由R2的接收所产生的分量，S10是经由T3的传输和经由R2的接收所产生的分量，等等。图17示出了在图16中的发射器T1-T4中使用的一组相位调制矢量(即，PN1、PN4、PN3、PN2)。图18示出了每个接收器R1-R4中的来自单个目标的接收信号(在第二FFT处理之后)。每个接收的结果包含在相应的范围区间中的来自其多普勒频域中的四个发射器的四个峰值。可以应用非相干积分来防止由于非校准而导致的信号功率损失，如图19所示。可以将图18中的每个接收器上的结果相加以得到图19中的结果。这是在CFAR之前的过程，其确定噪声之外的有效目标。由于在该示例中存在4个RX，因此针对4个RX的非相干积分或幅度求和可以增加信号功率。随后，可以与上面针对每个接收信道中的峰值的2个TX和3个TX情况所公开的处理类似地来执行将信号与发射器相关联的处理，以获取用于合成的复数值。然后可以利用合成阵列执行到达方向估计。在存在不期望的干扰的多杂波环境中，可能找不到配对峰值。对于那些没有配对峰值来构建虚拟阵列的峰值，可以在没有MIMO合成的情况下处理它们，以提供具有较低角度分辨率的至少正确的角度信息。

图20是解调和到达方向确定处理的示例流程。通过经由多个天线发射相位调制的FMCW信号并且利用至少一个天线接收反射信号来获取数据(2002)。如上所述执行范围FFT和多普勒FFT处理(2004、2006)。在多普勒FFT处理之后，可以执行每个接收器的结果的非相干积分(2008)。标识与每个检测到的峰值相对应的发射器(2010)，并且可以执行用于构建虚拟阵列的MIMO合成处理(2012)。在校准(2014)之后，可以确定到达方向(2016)。

图21-图23示出了根据一个示例的解调处理。图21示出了示例距离多普勒映射和合成MIMO信道。在该示例中，使用三个发射器(TX1-TX3)和四个接收器(RX1-RX4)，并且利用一组相位调制矢量来发射256个线性调频信号的FMCW波形，其中在该组相位调制矢量中使用的该组相移是不对称分布的。结果，发射器之间的频谱距离(即，通过发射分支上的相移在多普勒域中引起的移位)可以是不对称分布的。如果各对相移之间的差值的绝对值对于所有可能的相移对不相等，则一组相移是不对称分布的。作为示例，假定一种调制方案，其中发射器之间的移位是[0，-96，+32]。对于该调制方案，第一对将是包括元素1(相移的Δ＝0°)和元素2(相移的Δ＝-135°)的对。因此，在256个线性调频信号的情况下，针对第一对的差值的绝对光谱值是96。第二对将是包括元素1(相移的Δ＝0°)和元素3(相移的Δ＝+45°)的对。因此，在256个线性调频信号的情况下，针对第二对的差值的绝对频谱值是32。第三对将是元素2(相移的Δ＝-135°)和元素3(相移的Δ＝+45°)的对。因此，在256个线性调频信号的情况下，第三对的差值的绝对频谱值是128。由于所有相应对的相位差的绝对值不同，因此该调制方案的相移是不对称分布的。作为又一示例，集合[0，-96，+96]也是非对称分布的，因为所有三对元素的差值的绝对值是不一样的，即使元素1与元素2之间的差值以及元素1与元素3之间的差值的绝对值都是96。应当注意，在第二FFT(多普勒FFT)之后，在以相同距离相隔的对称分布的峰值中产生对称分布的相移集合。因此，对于对称分布的相移，不可能将相应的峰值分配给发射器。与此不同的是，不对称分布的相移在多普勒域中产生一组不对称分布的峰值，并且允许将相应峰值分配给发射器。应当注意，提供数值作为示例，并且可以选择不同的值，包括发射器和接收器的数目、FMCW波中的线性调频信号的数目、频移等。该示例中的相位调制矢量的元素之间的相位差如下确定：

该示例中的相位调制矢量如表5所示。

表5

如图21所示，由3个发射器和4个接收器形成12个虚拟信道，并且为每个接收器获取的距离多普勒映射(图21的左侧)将示出与由参考TX1的-96和32索引分隔的三个发射器相对应的三个峰值。

图22示出了来自两个目标(目标A和目标B)的距离多普勒映射以及来自TX1的频率区间的确定。由于在该示例中使用了三个发射器，因此将从每个目标检测到三对峰值，如图22所示。在该示例中，两个频率区间位于相同范围区间上的远离参考的-96区间和+32区间。在针对每个目标的三个峰值中，如上所述确定TX1峰值，并且可以仅从TX1数据确定对象的范围和速度值。使用非相位调制的TX1信号来确定范围和速度允许以传统方式计算范围和速度。此外，与诸如TX2或TX3信号等相位调制信号的使用相比，非相位调制TX1信号的使用允许以更容易的方式确定范围和速度。备选地，任何TX数据可以用于确定目标的范围和速度。

图23示出了一个实施例中的MIMO虚拟阵列的合成。可以将光谱信息分配给虚拟阵列。图23示出了由4×3物理阵列获取的12个光谱数据到12个虚拟阵列的分配。在将信号区间分配给对应的虚拟RX阵列之后，可以执行到达方向(即，方向角)估计处理。

图24示出了根据一个实施例的使用FMCW雷达来检测目标的示例过程的流程。生成FMCW信号(2402)。FMCW信号包括重复预定次数的一组线性调频信号。将FMCW信号转发给多个发射分支和至少一个接收分支(2404)。在至少一个发射分支上移位每个线性调频信号的相位(2406)。经由第一发射分支发射的FMCW线性调频信号的相位根据第一组规则间隔相位(第一相位调制矢量)而被移位，并且经由第二发射分支发射的FMCW线性调频信号的相位根据第二组规则间隔相位(第二相位调制矢量)而被移位。第一组规则间隔相位可以具有第一相位差，并且第二组规则间隔相位可以具有第二相位差。第一相位差不同于第二相位差。如上所述，该概念可以扩展到任何数目的发射器。因此，根据一些实施例，经由第三发射分支发射的FMCW线性调频信号的相位根据第三组规则间隔相位(第三相位调制矢量)而被移位，和/或经由第四发射分支发射的FMCW线性调频信号的相位根据第四组规则间隔相位(第四相位调制矢量)而被移位。第一相位差、第二相位差、第三相位差和第四相位差分别选择为不同。

然后在同时在多个天线上进行相移之后发射FMCW信号(2408)。在被反射离开目标之后接收所发射的FMCW信号(2410)。对在至少一个天线上接收的FMCW信号进行下变频以生成中频信号(2412)。将中频信号转换到数字域(2414)。在数字域中对每个接收天线的每个线性调频信号执行第一FFT处理，并且对该组线性调频信号的第一FFT处理的结果执行第二FFT处理(2416)。处理每个RX信道中的FFT处理的输出以确定对应的TX。因此，在2TX+4RX情况下，所有2D FFT输出被分配给虚拟阵列，使得区间来自TX1RX1、TX1RX2、TX1RX3、TX1RX4、TX2RX1、TX2RX2、TX2RX3、TX2RX4。可以利用适当分配的虚拟阵列输入来估计目标的方向角(2418)。

实施例提供了一种用于高分辨率的雷达系统。实施例基于不同发射器之间的多普勒域中的预定义频谱距离，为并发MIMO FMCW雷达提供创新的调制和解调方案。这使得能够在不改变大量并发发射信号的FMCW波形的情况下进行相位调制。不同的相位调制可以在二维(2D)FFT域中生成不同的光谱距离。这提供了来自相应发射器的信号的清晰指示。

实施例的相位调制方案在2D FFT频谱上提供来自不同发射器的反射信号的1对1映射，因此在频谱域中不出现镜像。通过使用已经从相位调制方案决定的光谱距离关系，可以容易地标识从同时暴露的发射器感应的反射信号。

可以设计每个发射器与参考发射器之间的非对称频谱距离，以便可以以直接的方式执行MIMO虚拟阵列的分配。实施例可以以最小的努力和成本实现高分辨率雷达的开发。

另一实施例是一种计算机程序，其具有程序代码，这些程序代码当在计算机、处理器或可编程硬件组件上执行时用于执行本文所述的方法中的至少一个。另一实施例是一种机器可读存储装置，其包括机器可读指令，这些机器可读指令在被执行时用于实现如本文所述的方法或装置。另一实施例是一种机器可读介质，其包括代码，这些代码在被执行时引起机器执行本文所述的任何方法。

与一个或多个先前详细的实施例和附图一起提及和描述的方面和特征也可以与一个或多个其他实施例组合，以便替换另一实施例的相同特征或者另外引入另一实施例的特征。

当计算机程序在计算机或处理器上执行时，实施例还可以或涉及具有用于执行上述方法中的一个或多个的程序代码的计算机程序。各种上述方法的步骤、操作或过程可以通过编程的计算机或处理器来执行。实施例还可以涵盖诸如数字数据存储介质等程序存储设备，这些设备是机器、处理器或计算机可读的并且编码机器可执行、处理器可执行或计算机可执行指令程序。指令执行或引起执行上述方法的一些或全部动作。程序存储设备可以包括或者是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带等磁存储介质、硬盘驱动器、或光学可读数字数据存储介质。其他实施例还可以覆盖被编程为执行上述方法的动作的计算机、处理器或控制单元、或者被编程为执行上述方法的动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F)PGA)。

说明书和附图仅说明了本公开的原理。此外，本文所述的所有实施例主要旨在明确地仅用于教学目的以帮助读者理解本公开的原理和发明人为促进本领域所贡献的概念。本文中叙述本公开的原理、方面和实施例的所有陈述以及其具体实施例旨在涵盖其等同物。

表示为“用于……的装置”的功能块可以指代被配置为执行特定功能的电路。因此，“用于做某事的装置”可以实现为“被配置为或适合于做某事的装置”，诸如被配置为或适合于相应任务的设备或电路。

图中所示的各种元件的功能(包括标记为“装置”、“用于提供传感器信号的装置”、“用于生成发射信号的装置”等的任何功能块)可以以专用硬件(诸如“信号提供者”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等)以及能够执行软件的硬件结合适当软件的形式实现。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器(其中一些或全部处理器可以是共享的)提供。然而，术语“处理器”或“控制器”到目前为止不限于专门能够执行软件的硬件，而是可以包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。也可以包括其他硬件(传统的和/或定制的)。

例如，框图可以示出实现本公开的原理的高级电路图。类似地，流程图表、流程图、状态转换图、伪代码等可以表示各种过程、操作或步骤，这些过程、操作或步骤可以例如基本上在计算机可读介质中表示并且因此由计算机或处理器执行，而无论这样的计算机或处理器是否明确示出。说明书或权利要求中公开的方法可以通过具有用于执行这些方法的每个相应动作的装置的设备来实现。

应当理解，说明书或权利要求中公开的多个动作、过程、操作、步骤或功能的公开可以不被解释为在特定顺序内，除非明确地或隐含地另外说明，例如出于技术原因。因此，多个动作或功能的公开不会将这些限制于特定顺序，除非由于技术原因这些动作或功能不可互换。此外，在一些实施例中，单个动作、功能、过程、操作或步骤可以包括或者可以分别分为多个子动作、功能、过程、操作或步骤。除非明确排除，否则这样的子动作可以被包括在内并且是该单个动作的公开的一部分。

此外，所附权利要求在此并入到详细描述中，其中每个权利要求可以作为单独的实施例独立存在。尽管每个权利要求可以作为单独的实施例独立存在，但是应当注意——尽管从属权利要求可以在权利要求中提及与一个或多个其他权利要求的特定组合——但是其他实施例还可以包括从属权权利要求与彼此依赖或独立的权利要求的主题的组合。除非声明不打算特定组合，否则本文中明确提出了这样的组合。此外，意图在于，任何其他独立权利要求包括特定权利要求的特征，即使该权利要求不直接取决于该独立权利要求。