[發(fā)明專利]波束成形設(shè)備和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210166974.8
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102798847A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 理查德·斯蒂林-加拉徹;王琪;拉爾夫·博赫科
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/90
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11258
• 代理人: 宋鶴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及波束成形(beam?forming)設(shè)備及相應(yīng)的方法。本發(fā)明更進一步涉及用于場景的成像的有源成像設(shè)備和有源成像方法以及波束成形單元和處理方法。更進一步，本發(fā)明涉及計算機程序和存儲有該計算機程序的非臨時性計算機可讀介質(zhì)。特別地，本發(fā)明涉及MIMO波束成形設(shè)備和方法。

背景技術(shù)

在超聲波的、微波、毫米波以及太赫茲的頻率上，有源成像系統(tǒng)對于包括醫(yī)療和安全應(yīng)用在內(nèi)的很多應(yīng)用，正在變得越來越普及。

有源成像系統(tǒng)中的發(fā)射器(也被稱為“發(fā)射元件”)和接收器(也被稱為“接收元件”)的布置可以采用多種不同形式。在一個與本發(fā)明相關(guān)的實施例中，多個發(fā)射器和接收器一同工作以形成MIMO雷達(或MIMO有源成像系統(tǒng))。MIMO雷達主要有兩種不同的類型。第一種被稱為統(tǒng)計MIMO，其中天線(通常是所述“發(fā)射元件”和“接收元件”)被放置的彼此分隔的很遠，以提供對目標(通常是所述“場景”)的不同的視角。MIMO的第二種類型被稱為波束成形(或集中式的(co-locate))MIMO，其中所述天線被放置的彼此靠近，一起工作以形成一個“虛擬”波束成形陣列。本發(fā)明主要適用于所述波束成形MIMO裝置。

在一維情況下的MIMO波束成形，通常與其它技術(shù)(即，合成孔徑雷達)相結(jié)合以形成2D圖像。可選地，也可以在二維情況下使用MIMO波束成形來形成2D圖像。為了生成目標的完全的3D圖像(或具有附加的距離/深度信息的2D圖像)，所述布置典型地發(fā)射寬帶連續(xù)波形(即調(diào)頻連續(xù)波(FMCW))或?qū)拵}沖以提供測距信息。

對于任何上述MIMO波束成形布置，在目標和接收器/發(fā)射器布置之間有很大的距離時(所謂的“遠場”情況)，在到目標的距離有變化的情況下，用于執(zhí)行MIMO波束成形的針對給定角度方向的最佳權(quán)重并沒有明顯改變。然而，在目標和接收器/發(fā)射器布置之間的距離很短時(所謂的“近場”情況)，用于執(zhí)行MIMO波束成形的最佳權(quán)重將隨著距離的改變而顯著改變。

已經(jīng)公知使用MIMO波束成形技術(shù)的成像系統(tǒng)以及使用該技術(shù)獲得距離信息。

J.H.G.Ender和J.Klare的“System?Architectures?and?Algorithms?for?Radar?Imaging?by?MIMO-SAR(用于用多收多發(fā)合成孔徑雷達進行雷達成像的系統(tǒng)架構(gòu)和算法)”，IEEE?Radar?Conference?2009描述了一種系統(tǒng)，其中在一個維度(在這種情況下是機翼的方向)上采用MIMO波束成形陣列并且在移動方向(在這種情況下是飛機的前進運動方向)上產(chǎn)生合成孔徑雷達(SAR)以產(chǎn)生2D圖像。通過使用調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)技術(shù)來獲得第三維度(從飛機到地面上的目標之間的距離)。然而，該系統(tǒng)用于當發(fā)射器和地面上的目標之間有很大的距離時的情境。

J.Klare、O?Saalmann和H.Wilden的“First?Experimental?Results?with?the?imaging?MIMO?Radar?MIRA-CLE?X(成像多收多發(fā)雷達MIRA-CLE?X的第一實驗結(jié)果)”EUSAR?Conference?2010描述了一種系統(tǒng)，其中SAR與MIMO波束成形結(jié)合以生成2D圖像并且用FMCW來提供第三維度，該第三維度是到目標的距離信息。該系統(tǒng)的使用方式類似于J.H.G.Ender等描述的系統(tǒng)的使用方式，其中發(fā)射器和接收器之間的距離很大。

X.zhuge和A.Yaravoy的“MIMO-SAR?Based?UWB?Imaging?for?concealed?Weapon?Detection(用于檢測隱藏武器的基于UWB成像的多收多發(fā)合成孔徑雷達)”EUSAR?Conference?2010Aachen，德國，第195-197頁描述了一種系統(tǒng)，其中SAR與MIMO波束成形結(jié)合以生成2D圖像。利用基于脈沖的超寬帶信號(UWB)來獲得第三維度(到目標的距離)。

X.zhuge和A.Yaravoy的“Near-Field?Ultra-wideband?Imaging?with?Two?dimensional?Sparse?MIMO?Array(用二維稀疏MIMO陣列進行近場超寬帶信號成像)”，Proceedings?of?the?fourth?European?Conference?Antennas?and?Propagation(EuCAP)2010，第1-4頁描述了一種系統(tǒng)，其中MIMO波束成形在兩個維度上被使用來產(chǎn)生2D圖像。利用基于脈沖的超寬帶信號(UWB)來獲得第三維度(到目標的距離)。