[發明專利]雷達中的角分辨率

有效

• 申請號: 201480058752.1
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN105683776B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: S·拉奧;S·康納
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: G01S13/93
• 分類號: G01S13/93
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;趙蓉民

在所描述的用于估計障礙物的位置的雷達裝置(200)的示例中，接收天線單元(210)包括：天線線性陣列；和與天線線性陣列中的至少一個天線具有預定偏移的附加天線。信號處理單元(215)根據在天線線性陣列處從障礙物接收的信號來估計與每個障礙物相關聯的方位頻率。信號處理單元(215)根據與每個障礙物相關聯的估計的方位頻率來估計與每個障礙物相關聯的方位角和仰角。

技術領域

本申請總體涉及雷達，并且具體涉及雷達中的角分辨率。

背景技術

車輛可以具有停車傳感器以檢測車輛后方的障礙物。當倒車時停車傳感器使用超聲波信號確定車輛離障礙物的距離。此類停車傳感器以超聲波頻率操作。停車傳感器輸出超聲波檢測信號以檢測障礙物是否在車輛后部的后面，并且接收從障礙物答復的超聲波信號。在一個示例中，車輛具有多個停車傳感器以覆蓋車輛的整個后方，這使得它相對昂貴。另外，超聲波停車傳感器使用時分障礙物檢測技術，其中每個傳感器在定義的時隙中發送和接收超聲波檢測信號。因此，使用超聲波傳感器檢測障礙物的過程是耗時的，這在車輛高速移動時是不安全的。

對于超聲波停車傳感器，測量孔并在車輛的保險杠中鉆孔以安裝換能器。風險與鉆孔和安裝換能器到保險杠中有關。超聲波傳感器的性能對溫度和大氣條件(如雪和雨)敏感。當傳感器被雪覆蓋時，超聲波傳感器的性能大大降低。此外，超聲波傳感器具有有限的工作范圍。

在汽車應用中雷達的使用正在迅速發展。雷達不具有與超聲波傳感器相同的缺點。雷達在許多車輛應用(如碰撞報警、盲點警告、輔助變更車道、停車輔助和后部碰撞警告)中是有用的。示例包括脈沖雷達和FMCW(頻率調制連續波)雷達。

在脈沖雷達中，雷達以固定的間隔以一種脈沖形狀發射信號。障礙物對所發射的脈沖進行散射，而散射的脈沖被雷達接收。在發射脈沖和接收散射的脈沖之間的時間與從雷達到障礙物的距離成比例。為了實現更好的范圍分辨率，在脈沖雷達的ADC(模數轉換器)中使用具有高采樣速率的較窄脈沖。此外，脈沖雷達的靈敏度與功率成正比，這使脈沖雷達的設計復雜。

在FMCW雷達中，發射信號被頻率調制以產生發射線性調頻脈沖。障礙物散射該發射線性調頻脈沖，而且散射的線性調頻脈沖由FMCW雷達接收。拍頻信號通過混合發射的線性調頻脈沖和接收的散射線性調頻脈沖來獲得。拍頻信號的頻率與從FMCW雷達到障礙物的距離成比例。拍頻信號由模數轉換器(ADC)采樣。ADC的采樣速率與拍頻信號的最大頻率成比例，且拍頻信號的頻率與最遠障礙物的范圍成比例，這可以通過FMCW雷達來檢測。因此，在脈沖雷達中，FMCW雷達中的ADC的采樣速率獨立于范圍分辨率。

通常，在FMCW雷達中，多個線性調頻脈沖以幀為單位發射。針對障礙物的范圍和相對速度估計對在一個幀上接收的采樣拍頻信號數據執行2維(2D)FFT。收集器(bin)是對應于障礙物的范圍和相對速度估計的2D FFT網格。在特定收集器中檢測的信號表示存在具有預定范圍和相對速度的障礙物。當多個接收天線被用于接收散射線性調頻脈沖時，FMCW雷達估計障礙物的仰角和障礙物的方位角。在每個幀中，使用從每個接收天線接收的數據來計算2D FFT。因此，2D FFT的數量等于接收天線的數量。當在2D FFT網格的特定收集器中檢測到障礙物時，對應于每個接收天線的特定收集器的數值被用于估計障礙物的方位角和仰角。

FMCW雷達在范圍、相對速度和角度的維度上解析障礙物。為了準確地估計障礙物的位置，在這些維度中的任何一個維度中解析障礙物。如果多個障礙物位于從FMCW雷達起的相同距離處，并且如果它們以相同的相對速度行進，那么FMCW雷達在角度維度上解析這些障礙物。

因此，在確定FMCW雷達的性能時，角度估計是一個重要因素。角度估計的分辨率和精確度與FMCW雷達中的天線單元的數目成正比。隨著FMCW雷達在范圍廣泛的應用中使用，其設計變得更加成本敏感。每個天線具有用于接收散射線性調頻脈沖的不同接收器路徑(其包括放大器、混頻器、ADC和濾波器)，因此在FMCW雷達中使用的天線的數目是確定FMCW雷達的總體成本的關鍵因素。

發明內容