国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

集成到單個封裝中的混合雷達的制作方法
【專利摘要】雷達裝置包括具有可轉(zhuǎn)向接收波束的相控陣接收器。接收器元件被分組到子陣列中，其中每個子陣列給混頻器提供子陣列信號?；祛l器信號然后由DBF算法使用，以在接收波束中確定窄虛擬波束。接收波束用于從視野的區(qū)域中獲得雷達數(shù)據(jù)，并且這些區(qū)域可以與接收波束大約同樣寬。其中檢查區(qū)域的順序可以通過區(qū)域的重要性來確定，區(qū)域的重要性與在每個區(qū)域中之前所跟蹤的目標(biāo)的存在、屬性、和/或行為有關(guān)。
【專利說明】集成到單個封裝中的混合雷達

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達裝置與方法，尤其涉及用于車輛使用的相控陣?yán)走_。

【背景技術(shù)】
[0002] 雷達裝置用在車輛上，例如，用于避免碰撞以及其它應(yīng)用。在傳統(tǒng)的數(shù)字波束形成 (DBF)雷達中，照射了很寬的視野，并且數(shù)字波束形成器用來建立虛擬波束以跟蹤視野中的 目標(biāo)。另一種類型的雷達是相控陣?yán)走_，其形成真實的波束來跟蹤目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的例子包括利用相控陣?yán)走_來建立真實波束的混合雷達，以及數(shù)字波束形 成（DBF)方法來在真實的波束中形成較窄的虛擬波束。
[0004] 相控陣?yán)走_可以幾乎完全用硬件實現(xiàn)，使得對比DBF雷達而言，其數(shù)字處理需求 非常少。傳統(tǒng)的相控陣只需要一個混頻器，因此大的陣列可以容易地裝配到單個芯片中。但 是，傳統(tǒng)的相控陣?yán)走_不具有由數(shù)字波束形成器所使用的復(fù)雜優(yōu)化程序的優(yōu)點。但是，傳統(tǒng) 的數(shù)字波束形成器傳統(tǒng)上具有大的硬件面積并且計算要求限制了可用信道的數(shù)量，因此降 低了雷達的性能。
[0005] 在本發(fā)明的例子中，相控陣和DBF雷達方法的各方面被組合以通過對方的長處來 擴充，從而消除每種技術(shù)的弱點。在一些例子中，雷達電路系統(tǒng)可以包含在單個硅芯片內(nèi)， 從而最小化復(fù)雜性。
[0006] 示例性雷達裝置包括發(fā)射器（其可以是相控陣發(fā)射器）及相控陣接收器。接收器 的每個相控陣元件都包括天線元件、可選的放大級、及移相器。接收天線信號的移相器可以 是電子控制的，以把接收波束轉(zhuǎn)向到所選擇的視野區(qū)域。接收波束也可以稱作真實波束，以 區(qū)別于通過DBF處理而合成的虛擬波束。
[0007] 相控陣元件被分組到子陣列中，每個子陣列都包括至少兩個相控陣元件。子陣列 給關(guān)聯(lián)的混頻器提供子陣列信號，子陣列信號是來自子陣列中的相控陣元件的組合的信 號。該裝置包括多個混頻器，每個子陣列一個混頻器，每個混頻器接收來自其關(guān)聯(lián)的子陣列 的子陣列信號。混頻器還從本地振蕩器接收本地振蕩器信號，并且產(chǎn)生提供給數(shù)字波束形 成器（DBF)的混頻器信號。DBF然后在接收波束中合成（S卩，通過數(shù)字處理來確定）虛擬波 束。本地振蕩器用于產(chǎn)生本地振蕩器信號，并且電互連布置用于把本地振蕩器信號傳送到 每個混頻器。
[0008] 在雷達操作中，天線控制器激勵發(fā)射器并通過調(diào)整移相器來轉(zhuǎn)向接收光束（通過 相控陣接收器接收的）。移相器可以是可集成到硅芯片中的被電子控制的組件。接收波束 是具有角寬度的真實波束，與傳統(tǒng)的相控陣天線的波束相比，其可以通過子陣列分組被加 寬。數(shù)字波束形成器從混頻器信號中確定虛擬波束，虛擬波束比真實波束窄并且位于真實 波束的角寬度內(nèi)。作為非限制性的例子，真實波束可被再分成N個虛擬波束，其中N可以在 2和4096之間，例如介于4和64之間。因此，DBF在真實的波束中提供了超分辨率，從而幫 助目標(biāo)識別。
[0009] 數(shù)字波束形成器可以通過電子控制電路提供，電子控制電路包括處理器并且接收 混頻器信號。電子控制電路然后可以在雷達數(shù)據(jù)中例如按照范圍和多普勒頻移來識別目 標(biāo)。數(shù)字波束形成器可以使用由處理器執(zhí)行的數(shù)字波束形成算法。電子控制電路還可以用 于，例如通過激勵發(fā)射器并通過移相器的電子控制轉(zhuǎn)向相控陣接收器，來控制相控陣天線。 在一些例子中，發(fā)射器可以是相控陣發(fā)射器，并且被轉(zhuǎn)向到接收波束所起源的視野的類似 部分。
[0010] 操作雷達裝置，尤其是車輛雷達的示例性方法包括：通過調(diào)整接收天線元件中的 移相器，利用相控陣接收器把接收波束轉(zhuǎn)向到視野區(qū)域。利用數(shù)字波束形成算法在接收波 束中確定來自該區(qū)域的雷達數(shù)據(jù)以及多個虛擬波束。每個虛擬波束都具有比接收波束窄的 波束寬度。
[0011] 在示例性方法中,視野被分成多個區(qū)域，并且這些區(qū)域被給予重要性參數(shù)。重要性 參數(shù)可以反映車輛環(huán)境的各種狀態(tài)，諸如在車輛環(huán)境中的目標(biāo)的存在、范圍、相對速度、及 屬性。該重要性參數(shù)可以利用從之前采集的雷達數(shù)據(jù)中所獲得的目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)來確定。
[0012] 接收波束以重要性參數(shù)的降序順序依次轉(zhuǎn)向到每個區(qū)域、所采集的數(shù)據(jù)、以及在 數(shù)據(jù)上執(zhí)行的DBF算法，以識別虛擬波束。DBF算法用于在對應(yīng)于接收波束寬度的區(qū)域上而 不是在整個視野上給予超分辨率，從而減少了計算需求。
[0013] 重要性參數(shù)可以基于采集的數(shù)據(jù)來修改，并且對這些區(qū)域重復(fù)該過程。相控陣接 收天線可以包括相控陣天線元件的子陣列，每個子陣列都具有接收本地振蕩器信號和子陣 列信號的關(guān)聯(lián)的混頻器，數(shù)字波束形成算法利用來自混頻器的輸出信號來確定多個虛擬波 束。
[0014] 本發(fā)明的例子包括用于例如包括汽車?yán)走_裝置的陸地車輛使用的車輛使用雷達。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1(現(xiàn)有技術(shù)）說明了傳統(tǒng)DBF (數(shù)字波束形成）雷達。
[0016] 圖2說明了區(qū)域DBF處理的概念。
[0017] 圖3進一步說明在相控陣?yán)走_的真實波束中利用DBF技術(shù)創(chuàng)建虛擬波束。
[0018] 圖4說明了示例性接收到的相控陣，該相控陣元件被分組到每個都具有其自己的 混頻器的子陣列中。
[0019] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的例子的雷達裝置的進一步的示意圖。
[0020] 圖6是說明在雷達操作中識別最重要區(qū)域的流程圖。

【具體實施方式】
[0021] 示例性雷達裝置包括帶有可轉(zhuǎn)向的真實接收波束的相控陣接收器。該相控陣接收 器元件被分組到子陣列中，每個子陣列都給關(guān)聯(lián)的混頻器提供組合的子陣列信號?；祛l器 信號然后由DBF算法使用以確定在接收波束中的窄虛擬波束。
[0022] 接收波束用于從視野的區(qū)域中獲取雷達數(shù)據(jù)，并且這些區(qū)域可以是與接收波束大 約同樣寬。DBF算法用于確定所選區(qū)域內(nèi)的高分辨率虛擬波束。其中檢查區(qū)域的順序可以 通過區(qū)域的重要性來確定，區(qū)域的重要性與之前所跟蹤目標(biāo)的存在、屬性及行為有關(guān)。接收 波束由相控陣接收器轉(zhuǎn)向到期望的區(qū)域，并且數(shù)字波束形成器（例如，通過數(shù)字信號處理 器提供的）在接收波束中確定相對窄的虛擬波束。
[0023] 圖1說明傳統(tǒng)的DBF雷達的操作。車輛10裝備有DBF雷達，該DBF雷達照射包括 附近車輛14和16的寬視野。三角形16是雷達視野的簡化表示。傳統(tǒng)的數(shù)字波束形成雷 達從雷達的視野中讀入所有數(shù)據(jù)，并且同時計算所有的角度。但是，通過照射全部的視野， 會增加噪音及多重散射的影響，從而降低了雷達的信噪比。
[0024] 圖2說明區(qū)域DBF處理的概念。車輛10包括產(chǎn)生真實波束18的相控陣?yán)走_。在 這個例子中，真實波束的視野只包括車輛14。
[0025] 硬件移相器或接收天線形成真實波束，使得只覆蓋雷達整個視野的一部分。該波 束可以比傳統(tǒng)相控陣?yán)走_波束具有更大的半功率波束寬度。但是，該波束寬度明顯窄于在 圖1中說明的傳統(tǒng)DBF雷達的整個視野寬度。
[0026] 可以利用傳統(tǒng)的相控陣方法把真實波束轉(zhuǎn)向到全部視野中的預(yù)定區(qū)域。在這 個例子中，區(qū)域是雷達整個視野的切片部分。然后，使用數(shù)字波束形成（DBF)優(yōu)化技術(shù) 在區(qū)域內(nèi)形成窄的虛擬波束。優(yōu)化技術(shù)可以是那些已經(jīng)與傳統(tǒng)DBF雷達一起使用的技 術(shù)，諸如MUSIC(多信號分類）和ESPRIT (通過旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計信號參數(shù)）的波束形成 算法。但是，也可以使用諸如那些利用半定松弛和組合（semi-definite relaxation and combinatorics)的其它算法。
[0027] 圖3示出了在車輛10上產(chǎn)生真實波束18的雷達裝置，類似于在圖2中所示出的， 波束形成算法在真實波束18的寬度內(nèi)形成較窄的虛擬波束20。DBF算法可用于解決同時 在真實波束視野上的多個虛擬波束。虛擬波束可以明顯地比真實波束窄。數(shù)據(jù)可以同時從 跨真實波束全角范圍創(chuàng)建的虛擬波束中獲得。
[0028] 真實波束可被轉(zhuǎn)向到雷達視野內(nèi)的其它區(qū)域，并且對于每個區(qū)域，相應(yīng)的虛擬波 束在所轉(zhuǎn)向的波束內(nèi)形成。以這種方式，可以實現(xiàn)車輛環(huán)境的高分辨率雷達覆蓋。
[0029] 圖4示出了示例雷達裝置中的移相器和混頻器的配置。圖4示出了包括給混頻器 42提供子陣列輸出的移相器40的第一子陣列。第二子陣列的輸出送入到混頻器44,并且 任意第N個子陣列的輸出送入到混頻器46。獲得多個混頻器輸出，并且把它們送入到數(shù)字 波束形成算法的輸入。
[0030] 在傳統(tǒng)的相控陣中，所有移相器的輸出被分組到一起并送入到單個混頻器。但是， 在圖4的配置中，移相器被分組在子陣列中，并且每個子陣列的輸出導(dǎo)向個體混頻器。每個 子陣列的移相器被分組到一起，但是每個子陣列的輸出并沒有被分組到一起。在一些例子 中，在每個子陣列中，可以存在2至128之間任意多個移相器，例如在2至32之間。
[0031] 每個子陣列具有接收子陣列輸出的關(guān)聯(lián)的混頻器，并且每個混頻器都通過普通分 布式本地振蕩器（L0)信號供給。在每個混頻器的輸入，分布式L0信號都是相位和幅度一 致的，使得L0信號的相位和振幅對每個混頻器來說是一樣的。在一種方法中，這可以利用 把電連接器分支以給出L0生成器與每個輸入混頻器之間類似的路徑長度來實現(xiàn)。每個混 頻器的輸出都被發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使得波束形成器算法能夠執(zhí)行優(yōu)化波束形成。
[0032] 在一些例子中，完整的設(shè)備可以在單個芯片中實現(xiàn)，諸如包括所有用于發(fā)射和接 收相控陣天線、混頻器及L0分布的硬件移相器的單個硅芯片。其它的雷達功能也可以包括 在同一芯片上。
[0033] 硬件移相器形成真實波束，照射或接收來自雷達視野的區(qū)域的信號。雷達的視野 可以基于之前的測量來動態(tài)地分區(qū)。每個區(qū)域可以具有真實雷達波束的半功率波束寬度的 覽度。
[0034] 圖5是說明示例性裝置的進一步的示意圖。該裝置包括發(fā)射相控陣，該發(fā)射相控 陣包括諸如與天線輻射元件52電通信的移相器50的相控陣元件。該雷達裝置還包括接收 相控陣，該接收相控陣包括諸如移相器54的移相器和諸如56的天線接收元件。在每個移 相器及關(guān)聯(lián)的天線輻射或接收元件之間可以存在一個或多個放大器元件（未示出）。
[0035] 本地振蕩器60提供送入到諸如混頻器58的每個混頻器的本地振蕩器信號。電連 接模式?jīng)]有在這個圖中示出，但是本地振蕩器分布網(wǎng)絡(luò)將按通常配置，使得到達每個混頻 器輸入的L0信號具有相同的相位和振幅。備選地，在對相位的數(shù)字處理中的軟件調(diào)整在輸 入到每個混頻器的L0信號之間偏移。
[0036] 電子控制電路62接收混頻器信號，并且包括執(zhí)行DBF算法的處理器。該電子控制 電路還給移相器提供電子移相信號（為清楚起見，電連接未示出），從而使得發(fā)射和接收波 束可以被轉(zhuǎn)向。
[0037] 如之前所討論的，相控陣元件被分組到子陣列中，并且每個子陣列的輸出都送入 到關(guān)聯(lián)的混頻器。每個子陣列都有一個混頻器，使得混頻器的數(shù)量與子陣列的數(shù)量相同。因 此，對于單個接收波束獲得多個混頻器的輸出。然后，混頻器輸出被諸如包括CPU或其它處 理器的電子電路的數(shù)字處理電路接收，并且由處理器執(zhí)行的數(shù)字波束形成算法來使用以確 定虛擬波束。
[0038] 在視野被切分成區(qū)域后，然后可以基于通常如由跟蹤濾波器所計算的之前的測 量，對區(qū)域按它們的重要性進行排序。首先利用移相器來轉(zhuǎn)向波束，以調(diào)整真實波束來覆蓋 具有最高等級的區(qū)域，然后按重要性的降序覆蓋其它區(qū)域。在一些例子中，在重復(fù)視野的覆 蓋之前，如果一些區(qū)域是低重要性，則這些區(qū)域可以被省略。跟蹤濾波器可以用于預(yù)測目標(biāo) 跨視野的運動，從而使得基于之前收集的數(shù)據(jù)來改善區(qū)域的重要性排序。
[0039] 對于每個區(qū)域，以所識別的最重要的區(qū)域開始，接收雷達信號，并且利用由諸如計 算機化的控制系統(tǒng)的中央處理單元（CPU)的處理器執(zhí)行的數(shù)字波束形成算法在區(qū)域內(nèi)形 成虛擬波束。利用優(yōu)化算法，從該區(qū)域返回的重要信號求解出位置和速度，并且該結(jié)果用來 更新跟蹤濾波器。
[0040] 真實波束然后移動到第二高級別的區(qū)域，并且重復(fù)該過程。所描述的方法的優(yōu)點 是在優(yōu)化之前波束被定位，并且這減少了用于DBF優(yōu)化的面積及數(shù)字信號處理的需求。在 考慮中的所減少的角面積節(jié)省了計算能力。
[0041] 由于噪聲源減少，因此相對于其中從整個雷達視野接收信號的傳統(tǒng)DBF雷達而 言，信噪比增加了。雷達的允許更新率也增加了。
[0042] 圖6是說明區(qū)域排序方法的流程圖。方框80對應(yīng)于把視野切分成N個區(qū)域。作 為非限制性的例子，N可以在2-64的范圍變動，例如，在包含4-32的范圍內(nèi)。方框82對應(yīng) 于按重要性從1至N對區(qū)域進行排序。通常，這將會利用跟蹤濾波器來完成，或者以其它方 式利用之前所收集的數(shù)據(jù)來完成。例如，最重要的區(qū)域可以包含雷達目標(biāo)的最大數(shù)量、最近 的目標(biāo)、或識別為碰撞危險的目標(biāo)。在缺少任何之前的數(shù)據(jù)的情況下，區(qū)域可以按任意方式 或其它方式排序。方框84對應(yīng)于把由相控陣?yán)走_產(chǎn)生的真實波束轉(zhuǎn)向到最重要的區(qū)域。 方框86對應(yīng)于讀入?yún)^(qū)域雷達數(shù)據(jù)并且執(zhí)彳丁波束形成優(yōu)化。方框88對應(yīng)于基于所收集的數(shù) 據(jù)更新跟蹤濾波器。方框90對應(yīng)于確定這是否是第N個區(qū)域。對該N個區(qū)域中的每一個 重復(fù)該過程，并且在該過程對所有的區(qū)域都完成之后，該過程返回到方框80。但是，如果還 沒有檢查完所有的區(qū)域，則在方框84選定下一個最重要的區(qū)域并且重復(fù)方框86和88的過 程。
[0043] 在一些例子中，接收波束跨視野進行掃描而不識別區(qū)域的重要性。
[0044] 在一些例子中，混合陣列可以集成到單個芯片中。混頻器布局及本地振蕩器分布 網(wǎng)絡(luò)被配置成使得信道信號自身的相位和幅度一致。在芯片內(nèi)，可以使用隔離柵（包括導(dǎo) 電元件）把強大功率的發(fā)射信號從相對低功率的接收信號中隔離。芯片可以通過許多不同 的基于硅的技術(shù)來實現(xiàn)，例如但不限于，SiGe、BiCMOS、Si-RF，等等。在一些例子中，電壓控 制振蕩器本身和鎖相環(huán)檢測電路系統(tǒng)可以位于不同的芯片上，以減少干擾。
[0045] 在一些例子中，接收天線可被動態(tài)地配置來提供最多N個單獨的接收波束，其中N 是混頻器的數(shù)量。如果真實波束的數(shù)量小于N，那么DBF分析可以應(yīng)用到一些或全部的真實 波束。
[0046] 本發(fā)明的例子還包括用于在車輛操作期間避免碰撞的改進的方法和裝置。例如， 由DBF形成的窄虛擬波束可以用于提高目標(biāo)識別和特征描述，并且諸如范圍及相對速度的 目標(biāo)特征可以用來觸發(fā)用于避免碰撞的車輛輸入，諸如轉(zhuǎn)向或剎車的輸入。
[0047] 在一些例子中，區(qū)域的數(shù)量可以動態(tài)地配置。例如，如果檢測到更多的目標(biāo)，則可 以增加區(qū)域的數(shù)量。
[0048] 本發(fā)明不限于上述的說明性例子。所描述的例子不是要限制本發(fā)明的范圍。對本 領(lǐng)域技術(shù)人員來說，將想到其中的變化、元件的其它組合、以及其它應(yīng)用。
[〇〇49] 已經(jīng)描述了我們的發(fā)明，我們要求：
【權(quán)利要求】
1. 一種裝置，該裝置是雷達裝置，包括： 發(fā)射器； 相控陣接收器，包括多個相控陣元件， 每個相控陣元件包括天線元件和移相器， 所述相控陣元件被分組到子陣列中，每個子陣列包括至少兩個相控陣元件并且提供子 陣列信號； 多個混頻器，每個混頻器接收來自相關(guān)聯(lián)的子陣列的子陣列信號， 每個混頻器還接收本地振蕩器信號并且產(chǎn)生混頻器信號； 數(shù)字波束形成器，從所述多個混頻器接收混頻器信號； 本地振蕩器，產(chǎn)生本地振蕩器信號；以及 相控陣天線控制器，可操作以轉(zhuǎn)向通過相控陣接收器接收到的接收波束，所述接收波 束具有角寬度， 所述數(shù)字波束形成器從混頻器信號中確定虛擬波束，所述虛擬波束比接收波束窄并且 位于接收波束的角寬度內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，所述數(shù)字波束形成器是通過電子控制電路提供的，所述 電子控制電路包括處理器。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，所述數(shù)字波束形成器是通過由處理器執(zhí)行的數(shù)字波束形 成算法提供的。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，所述數(shù)字波束形成算法是從一組包括MUSIC (多重信號分 類）算法和ESPRIT(通過旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計信號參數(shù)）算法的算法中選擇的。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，所述電子控制電路還包括相控陣天線控制器并且可操作 以轉(zhuǎn)向接收波束。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，所述發(fā)射器是相控陣發(fā)射器。
7. 如權(quán)利要求1所述的裝置，混頻器的數(shù)量等于子陣列的數(shù)量。
8. 如權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置是適于安裝在陸地車輛上的車輛雷達。
9. 一種操作雷達以識別雷達目標(biāo)的方法，所述雷達具有接收波束以及視野，所述方法 包括： 利用相控陣接收器把接收波束轉(zhuǎn)向到視野的區(qū)域； 從所述區(qū)域接收雷達數(shù)據(jù)；以及 利用數(shù)字波束形成算法分析雷達數(shù)據(jù)來確定接收波束中的多個虛擬波束， 每個虛擬波束具有比接收波束窄的波束寬度， 虛擬波束用于識別雷達目標(biāo)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括 把視野分成多個區(qū)域； 給所述多個區(qū)域中的每個區(qū)域賦予重要性參數(shù)； 以重要性參數(shù)的降序，把真實波束轉(zhuǎn)向到所述多個區(qū)域中的每個區(qū)域。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，所述重要性參數(shù)是利用從之前收集的雷達數(shù)據(jù)中所獲 得的目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)來確定的。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，所述相控陣接收天線包括相控陣天線元件的子陣列， 每個子陣列具有關(guān)聯(lián)的混頻器，所述關(guān)聯(lián)的混頻器接收本地振蕩器信號和來自子陣列 的子陣列信號， 所述數(shù)字波束形成算法利用來自混頻器的輸出信號來確定所述多個虛擬波束。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，所述雷達是車輛雷達，所述方法是操作車輛雷達的方 法。
【文檔編號】G01S13/88GK104067142SQ201380006310
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月22日
【發(fā)明者】李宰丞, P·D·施馬倫貝格 申請人:豐田自動車工程及制造北美公司