[发明专利]雷达中的角分辨率

说明书

在所描述的用于估计障碍物的位置的雷达装置(200)的示例中，接收天线单元(210)包括：天线线性阵列；和与天线线性阵列中的至少一个天线具有预定偏移的附加天线。信号处理单元(215)根据在天线线性阵列处从障碍物接收的信号来估计与每个障碍物相关联的方位频率。信号处理单元(215)根据与每个障碍物相关联的估计的方位频率来估计与每个障碍物相关联的方位角和仰角。

技术领域

本申请总体涉及雷达，并且具体涉及雷达中的角分辨率。

背景技术

车辆可以具有停车传感器以检测车辆后方的障碍物。当倒车时停车传感器使用超声波信号确定车辆离障碍物的距离。此类停车传感器以超声波频率操作。停车传感器输出超声波检测信号以检测障碍物是否在车辆后部的后面，并且接收从障碍物答复的超声波信号。在一个示例中，车辆具有多个停车传感器以覆盖车辆的整个后方，这使得它相对昂贵。另外，超声波停车传感器使用时分障碍物检测技术，其中每个传感器在定义的时隙中发送和接收超声波检测信号。因此，使用超声波传感器检测障碍物的过程是耗时的，这在车辆高速移动时是不安全的。

对于超声波停车传感器，测量孔并在车辆的保险杠中钻孔以安装换能器。风险与钻孔和安装换能器到保险杠中有关。超声波传感器的性能对温度和大气条件(如雪和雨)敏感。当传感器被雪覆盖时，超声波传感器的性能大大降低。此外，超声波传感器具有有限的工作范围。

在汽车应用中雷达的使用正在迅速发展。雷达不具有与超声波传感器相同的缺点。雷达在许多车辆应用(如碰撞报警、盲点警告、辅助变更车道、停车辅助和后部碰撞警告)中是有用的。示例包括脉冲雷达和FMCW(频率调制连续波)雷达。

在脉冲雷达中，雷达以固定的间隔以一种脉冲形状发射信号。障碍物对所发射的脉冲进行散射，而散射的脉冲被雷达接收。在发射脉冲和接收散射的脉冲之间的时间与从雷达到障碍物的距离成比例。为了实现更好的范围分辨率，在脉冲雷达的ADC(模数转换器)中使用具有高采样速率的较窄脉冲。此外，脉冲雷达的灵敏度与功率成正比，这使脉冲雷达的设计复杂。

在FMCW雷达中，发射信号被频率调制以产生发射线性调频脉冲。障碍物散射该发射线性调频脉冲，而且散射的线性调频脉冲由FMCW雷达接收。拍频信号通过混合发射的线性调频脉冲和接收的散射线性调频脉冲来获得。拍频信号的频率与从FMCW雷达到障碍物的距离成比例。拍频信号由模数转换器(ADC)采样。ADC的采样速率与拍频信号的最大频率成比例，且拍频信号的频率与最远障碍物的范围成比例，这可以通过FMCW雷达来检测。因此，在脉冲雷达中，FMCW雷达中的ADC的采样速率独立于范围分辨率。

通常，在FMCW雷达中，多个线性调频脉冲以帧为单位发射。针对障碍物的范围和相对速度估计对在一个帧上接收的采样拍频信号数据执行2维(2D)FFT。收集器(bin)是对应于障碍物的范围和相对速度估计的2D FFT网格。在特定收集器中检测的信号表示存在具有预定范围和相对速度的障碍物。当多个接收天线被用于接收散射线性调频脉冲时，FMCW雷达估计障碍物的仰角和障碍物的方位角。在每个帧中，使用从每个接收天线接收的数据来计算2D FFT。因此，2D FFT的数量等于接收天线的数量。当在2D FFT网格的特定收集器中检测到障碍物时，对应于每个接收天线的特定收集器的数值被用于估计障碍物的方位角和仰角。

FMCW雷达在范围、相对速度和角度的维度上解析障碍物。为了准确地估计障碍物的位置，在这些维度中的任何一个维度中解析障碍物。如果多个障碍物位于从FMCW雷达起的相同距离处，并且如果它们以相同的相对速度行进，那么FMCW雷达在角度维度上解析这些障碍物。

因此，在确定FMCW雷达的性能时，角度估计是一个重要因素。角度估计的分辨率和精确度与FMCW雷达中的天线单元的数目成正比。随着FMCW雷达在范围广泛的应用中使用，其设计变得更加成本敏感。每个天线具有用于接收散射线性调频脉冲的不同接收器路径(其包括放大器、混频器、ADC和滤波器)，因此在FMCW雷达中使用的天线的数目是确定FMCW雷达的总体成本的关键因素。

发明内容