[发明专利]用于汽车成像雷达的偏斜MIMO天线阵列

说明书

一种新颖且有用的系统和方法，其用于构造用于汽车雷达的偏斜或交错的多输入多输出(MIMO)天线阵列系统，该天线阵列系统具有高方位角和仰角分辨率和精度的，并且可在使用少量TX和RX元件的同时提供增加的有效孔径。通过使用沿其主轴的行和列的圆形移位，使RX行和TX列分开一定距离(即交错或偏斜)，实现改善的元件分离。由于天线元件的物理尺寸，在物理上不可能将行和列放置在全阵列对称RX‑TX图案中而不在虚拟阵列的中心生成间隙。该阵列减小了实现紧凑尺寸和低旁瓣电平(SLL)的天线的整体尺寸。另外，为了使物理上接近TX元件的元件的所得RX饱和最小化，对那些元件的数据进行系统消隐(即清零)。取决于偏斜因子，发射列的行也可以对称或不对称地交错。

技术领域

本文公开的主题涉及成像雷达、声纳、超声和其他传感器的领域，用于经由FMCW信号执行范围测量和/或经由数字波束成形和阵列处理执行角度测量，并且更具体地涉及具有高方位角和仰角分辨率以及精度的偏斜的多输入多输出(MIMO)天线阵列系统，其可在使用少量TX和RX元件的同时提供增加的有效孔径。

背景技术

近年来，许多行业都在转向自主解决方案，例如汽车行业、运输等。这些自主平台应在环境中运行，同时与固定对象和移动对象互动。为此，这些系统需要传感器套件，该传感器套件允许它们以可靠而有效的方式感测其周围环境。例如，为了使自动驾驶汽车能够在其上行驶其他车辆的道路上规划路线，轨迹规划器必须具有环境的3D地图以及移动物体的指示。

由于雾、烟、沙、暴风雨等造成的恶劣天气和能见度不佳，视觉传感器的性能也会降低。它们在估计径向速度方面也受到限制。光检测和测距设备(LIDAR)用于通过用激光照射目标来测量到目标的距离。但是，这些设备昂贵，具有运动部件并且范围非常有限。雷达是一种增强技术，而不是替代技术。

由于视觉传感器使用光学(例如激光)技术在范围精度和可靠性问题上的自然局限性，因此生成此3D地图的最佳解决方案是通过雷达技术。这就提出了一组新的要求，现代雷达不满足这些要求。

通常，接收天线的孔径越大，接收到的辐射越多，从而导致灵敏度更高，或者等效地，主瓣也更窄。因此，接收天线可以接收较弱的信号，并提供有关其方向的相对准确的指示。

另一方面，包括汽车成像雷达的车载雷达由于范围相对较短并且从目标反射的信号相对较强，因此要求的灵敏度较低。但是，不需要车载雷达来检测点目标，诸如被导弹检测到的飞机，但是确实需要高的精度以便提供环境信息的图像，该图像用作同步定位和地图绘制(SLAM)算法的输入，其检测障碍物(诸如附近的其他车或行人)的位置。具有高精度的窄瓣将能够提供目标图像的更清晰的轮廓线。波瓣宽度仅由等效孔径确定，该孔径被归一化为发射雷达信号的波长，而不是由孔径内的接收天线元件的数量确定，这会影响灵敏度，即检测弱反射信号、以及歧义度和旁瓣电平的能力。

成像雷达的另一个关键性能参数是天线阵列的旁瓣电平。在存在大的物体(如位于在旁瓣方向上的墙)的情况下，来自该物体的反射的衰减形式将看起来是在主瓣方向上。这可能会掩盖源自障碍物(诸如行人)的反射，或者形成可能导致车辆停止行驶幻影障碍物。

因此，在汽车成像雷达中，至关重要的是尽可能减少旁瓣。另外，需要一种紧凑的雷达开关阵列天线，其具有高方位角和仰角分辨率以及精度，提供增加的有效孔径，同时使用少量发射(TX)和接收(RX)元件，以满足成本、空间、电源和可靠性要求。

近来，雷达在汽车工业中的应用已经开始出现。高端汽车已经装有雷达，可以为驾驶员提供停车辅助和车道偏离警告。当前，对自动驾驶汽车的兴趣与日俱增，并且现在它被认为是未来几年汽车工业的主要驱动力。

自动驾驶汽车为雷达技术在汽车中的应用提供了新的视角。汽车雷达不仅可以为驾驶员提供帮助，还可以在车辆控制中发挥积极作用。因此，它们很可能成为车辆自主控制系统的关键传感器。