使用连续波和chirp信号来确定物体的距离、相对速度和方位的雷达系统和方法

摘要

确定距离和相对速度包括：发射器发射由多个部分限定的电磁信号，第一部分包括连续波(CW)信号，第二部分包括chirp电磁信号，所述chirp电磁信号包括多个子部分。检测器检测反射信号，所述反射信号是从物体反射的发射电磁信号，并且所述反射信号包括反射CW信号和反射chirp信号。所述检测器通过以下方式检测所述反射信号：(i)生成所述反射CW信号的多个样本，并且(ii)生成所述反射chirp信号的多个样本。处理器确定所述反射CW信号的多个样本之间的第一组相位差、确定所述反射chirp信号的多个样本之间的第二组相位差，并且处理所述第一组相位差和第二组相位差以确定距离、相对速度和方位。

说明书

背景技术

1.技术领域

本公开涉及雷达系统和方法，并且更具体地讲，涉及使用改进的雷达信号和信号处理方法来确定一个或多个物体的相对速度(多普勒)、距离和方位的雷达系统和方法，包括同时确定相对速度、距离和方位。

2.相关领域的讨论

在典型的雷达系统中，发射器从观察点发射电磁信号，而位于该观察点处或附近的接收器接收来自物体的回波信号或反射信号。所述回波信号或反射信号是发射的电磁信号撞击所述物体并被该物体反射回接收器的结果。可以对回波信号或反射信号进行处理以确定与远程物体相关的某些参数，例如该物体相对于观察点的相对距离或径向距离、相对速度或者多普勒，以及方向或者方位。

通常可以在雷达系统中使用至少两种类型的信号，即连续波(CW)信号和chirp信号。在单个频率下生成CW信号。在接收器处获取从物体反射的CW信号的多个样本。通常对样本进行处理，通过检测反射的CW信号的相位差或相位旋转(即多普勒频移)来确定物体的相对速度。

chirp信号是频率随时间变化的电磁信号。通常，上升chirp信号的频率随时间推移增大，而下降chirp信号的频率随时间推移减小。chirp信号的频率变化可以呈现许多不同的形式。例如，线性调频(LFM)信号的频率线性地变化。chirp信号中的其他形式的频率变化包括指数变化。通常将从开始到结束单次通过chirp信号称为“扫描”。

除了其中频率根据某些预定函数(即线性函数或指数函数)连续变化的这些后一类型的chirp信号之外，还可以生成步进chirp信号形式的chirp信号，其中频率步进变化。也就是说，典型的步进chirp信号包括多个频率步进，其中频率在每个步进处在某个预定持续时间内恒定。步进chirp信号还可脉冲式开启和关闭，其中所述脉冲在chirp扫描的各个步进期间的某个预定时间段期间开启。在典型的步进chirp雷达信号处理中，可获得物体的距离、相对速度和方位信息。然而，可能难以消除距离和速度信息之间的模糊不清之处，特别是在存在多个物体的情况下。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种用于确定物体相对于观察点的参数的方法。根据该方法，从观察点发射电磁信号。此电磁信号由多个部分限定，其第一部分包括连续波(CW)电磁信号，而其第二部分包括chirp电磁信号。chirp电磁信号包括在时间上分离的多个子部分。对反射信号进行检测，所述反射信号是从物体反射的发射电磁信号。所述反射信号包括反射CW信号和反射chirp信号，所述反射CW信号是从物体反射的CW电磁信号，所述反射chirp信号是从物体反射的chirp电磁信号。检测反射信号包括生成所述反射CW信号的多个样本，以及生成所述反射chirp信号的多个样本。确定反射CW信号的多个样本之间的第一组相位差。确定反射chirp信号的多个样本之间的第二组相位差。处理所述第一组相位差和第二组相位差以确定物体的距离和相对速度。

在一些示例性实施例中，该方法还包括对第一多个样本和第二多个样本进行傅立叶变换，以及使用傅立叶变换中的峰来确定所述第一组相位差和第二组相位差。在一些示例性实施例中，所述傅立叶变换包括快速傅立叶变换(FFT)。

在一些示例性实施例中，chirp电磁信号和反射chirp信号各自包括多个相应的相关子部分，反射chirp信号的每个子部分与反射chirp信号的一对连续样本相关联，反射chirp信号的该对连续样本中的每个样本分别与所述相关子部分的相同频率的一对发射信号相关联。在一些示例性实施例中，反射chirp信号的多个样本包括一组奇chirp样本和一组偶chirp样本，这组奇chirp样本包括反射chirp信号的多个样本中的交替样本，这组偶chirp样本包括反射chirp信号的多个样本中的交替样本，其中在该组奇chirp样本与该组偶chirp样本之间存在时间延迟。在一些示例性实施例中，确定反射chirp信号的多个样本之间的第二组相位差包括确定该组奇chirp样本与该组偶chirp样本之间的相位差。

在一些示例性实施例中，该方法还包括在确定第一组相位差时使用与物体相关联的速度值。在一些示例性实施例中，该方法还包括使用与物体相关联的速度值和所述第二组相位差来生成与物体相关联的距离值。在一些示例性实施例中，该方法还包括生成与物体相关联的方位值。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于确定物体相对于观察点的距离和相对速度的装置。发射器从观察点发射电磁信号。此电磁信号由多个部分限定，其第一部分包括连续波(CW)电磁信号，而其第二部分包括chirp电磁信号。chirp电磁信号包括在时间上分离的多个子部分。检测器检测反射信号，所述反射信号是从物体反射的发射电磁信号。所述反射信号包括反射CW信号和反射chirp信号，所述反射CW信号是从物体反射的CW电磁信号，所述反射chirp信号是从物体反射的chirp电磁信号。检测器通过生成反射CW信号的多个样本并生成反射chirp信号的多个样本来检测反射信号。处理器确定反射CW信号的多个样本之间的第一组相位差以及反射chirp信号的多个样本之间的第二组相位差。所述处理器处理所述第一组相位差和第二组相位差以确定物体的距离和相对速度。

在一些示例性实施例中，所述处理器对第一多个样本和第二多个样本进行傅立叶变换，并使用傅立叶变换中的峰来确定所述第一组相位差和第二组相位差。在一些示例性实施例中，所述傅立叶变换包括快速傅立叶变换(FFT)。

在一些示例性实施例中，chirp电磁信号和反射chirp信号各自包括多个相应的相关子部分，反射chirp信号的每个子部分与反射chirp信号的一对连续样本相关联，反射chirp信号的该对连续样本中的每个样本分别与所述相关子部分的相同频率的一对发射信号相关联。在一些示例性实施例中，反射chirp信号的多个样本包括一组奇chirp样本和一组偶chirp样本，这组奇chirp样本包括反射chirp信号的多个样本中的交替样本，这组偶chirp样本包括反射chirp信号的多个样本中的交替样本，其中在该组奇chirp样本与该组偶chirp样本之间存在时间延迟。在一些示例性实施例中，处理器通过确定这组奇chirp样本与这组偶chirp样本之间的相位差来确定反射chirp信号的多个样本之间的第二组相位差。

在一些示例性实施例中，处理器使用与物体相关联的速度值来确定第一组相位差。在一些示例性实施例中，处理器使用与物体相关联的速度值和所述第二组相位差来生成与物体相关联的距离值。在一些示例性实施例中，处理器生成与物体相关联的方位值。

附图说明

根据如附图中所示的优选实施例的更具体的描述，前述及其他特征和优点将是显而易见的，其中在不同的视图中相似的附图标号表示相同的部件。附图未必按比例绘制，而是重点在于示出优选实施例的原理。在附图中，为了清楚起见，层、区域和特征结构的尺寸和厚度可能被夸大。

图1包括根据一些示例性实施例的用于处理雷达信号(例如汽车雷达信号)的雷达系统的示意性框图。

图2是示出根据一些示例性实施例的发射的电磁雷达信号的示意图。

图3A是图2所示的成对下降chirp信号的示意性波形图。图3B和图3C包括示出解交织的或“分离”的chirp信号的示意性波形图，该chirp信号在时间上交织时形成图3A的完全成对的下降chirp信号。

图4A和图4B是示出根据一些示例性实施例的接收并处理的回波或反射信号或回波信号的采样的示意图。具体地讲，图4A示意性地示出了对由于发射信号的第一部分或CW部分的回波的采样，图4B示出了对由于发射信号的第二部分或成对chirp部分的回波的采样。

图5A包括根据一些示例性实施例的对一组CW样本应用FFT的说明性示例性结果的示意性图形表示。

图5B包括根据一些示例性实施例的对两组分离chirp样本应用FFT的说明性示例性结果的示意性图形表示。

图6包括针对如图4B所示的完全交织的成对chirp信号应用FFT的结果以及解耦回波样本的速度的结果的示意图。

图7包括示出了根据一些示例性实施例的由雷达发射信号的CW第一部分的回波或反射信号或回波信号中的多普勒速度来确定chirp目标将经历的各个目标相位旋转或相位差的示意图。

图8包括示出了根据一些示例性实施例的由雷达发射信号的chirp第二部分确定回波或反射信号或回波信号之间的各个相位差的示意图。

图9包括含有表格的示意图，该表格示出了由CW回波所确定的相位旋转与由chirp回波所确定的相位差之间的比较。

图10A包括示出根据一些示例性实施例使用的天线阵列的天线元件A、B、C和D的示意图。

图10B包括示出根据一些示例性实施例的用于确定方位的数字波束形成方法的示意性功能框图。

图11包括根据一些示例性实施例的使用图10A和图10B中所示的天线阵列和数字波束形成来确定物体方位的方法的示意性框图。

图12A包括示出根据一些示例性实施例的当时间T1和T2相等时的加和chirp信号的示意图。

图12B包括示出根据一些示例性实施例的当时间T1和T2不相等时的加和chirp信号的示意图。

具体实施方式

图1包括根据一些示例性实施例的用于处理雷达信号(例如汽车雷达信号)的雷达系统10的示意性框图。参见图1，雷达系统10生成雷达信号并将雷达信号发射到雷达系统10正在监视的区域中。信号的生成和发射由RF信号发生器12、雷达发射电路14和发射天线32来实现。雷达发射电路14通常包括生成经由发射天线32发射的信号所需的任何电路，例如脉冲整形电路、发射触发电路、RF开关电路或由雷达系统10使用的任何其他适当的发射电路。RF信号发生器12和雷达发射电路14可经由处理器20来得以控制，该处理器经由控制线34发出命令和控制信号，使得在发射天线32处发射具有期望的配置和信号参数的期望的RF信号。

雷达系统10还经由接收天线30在雷达接收和模拟处理电路16处接收返回的雷达信号，此信号在本文中称为“回波”或“回波信号”或“反射信号”。雷达接收和模拟处理电路16通常包括处理经由接收天线30接收的信号(例如信号分离、混合、外差和/或零差转换、放大、滤波、接收信号触发、信号切换和路由，以及/或者由雷达系统10执行的任何其他适当的雷达信号接收功能)所需的任何电路。因此，雷达接收和模拟处理电路16生成由雷达系统10处理的一个或多个模拟信号，例如同相(I)模拟信号和正交(Q)模拟信号。所得到的模拟信号被发射到模数转换器电路(ADC)18并由该电路数字化。然后，数字化的信号被转发到处理器20以进行雷达信号处理，如本文详细描述的。

处理器20可以是实现下述功能的各种类型的处理器中的一种：其能够对数字化的接收信号进行处理并且控制RF信号发生器12和雷达发射电路14以提供雷达系统10的雷达操作和功能，如本文详细描述的。因此，处理器20可以是数字信号处理器(DSP)、微处理器、微控制器或其他此类设备。为了执行雷达系统10的雷达操作和功能，处理器20经由系统总线22与一个或多个其他所需电路(例如由一种或多种类型的存储器组成的一个或多个存储器设备24，通常由附图标号24标识)、任何所需的外围电路(通常由附图标号26标识)以及任何所需的输入/输出电路(通常由附图标号28标识)对接。

如上所述，处理器20可以经由控制线34对接RF信号发生器12和雷达发射电路14。在替代实施例中，RF信号发生器12和/或雷达发射电路14可连接到总线22，使得它们可经由总线22与处理器20、存储器设备24、外围电路26和输入/输出电路28中的一者或多者通信。

根据示例性实施例，可确定物体或目标的距离、方位和相对速度，而无论物体或目标移动还是静止。结合了物体或目标的距离和速度的独特配对，而不会生成伪影目标(即在不存在目标的情况下指示一个或多个目标)。

根据示例性实施例，发射的电磁雷达信号包括两个相继部分。第一部分包括在预定持续时间内具有恒定频率的连续波(CW)信号。第二部分包括在预定持续时间和频率带宽上发射的步进式chirp信号，该信号包括多个步进式频率脉冲，每个脉冲具有固定频率。第二部分的步进式chirp信号可以被称为步进式频率调制(FM)信号。在该chirp信号中，在每个脉冲步进内，脉冲频率在脉冲持续时间内保持恒定。chirp信号中的多个脉冲在时间上相对于彼此偏移。也就是说，每个步进脉冲内的信号频率是恒定的，并且每个步进内的连续脉冲之间的时间间隔也是恒定的。

应当注意，在本公开中，发射的电磁雷达信号的CW部分被描述和示为在时间上领先于步进式chirp部分。应当注意，这是仅基于任意约定和易于描述所做的选择。根据本公开，发射的电磁信号的各部分的时间顺序对于示例性实施例而言并不关键。

根据示例性实施例，在逐个扫描的基础上进行检测，其中扫描包括发射所述发射电磁信号的两个部分并接收被反射回接收器的所述发射电磁信号的两个部分。每个扫描的信号处理得到所有检测到的物体/目标回波或反射信号的单次距离、方位和速度的测量结果。

通过分析CW部分回波和chirp部分回波的各个频谱来完成距离和速度确定。该方法包括生成CW部分的回波的快速傅立叶变换(FFT)，以及检测高于预定阈值的所有多普勒峰。

随后将步进式chirp(步进式FM)回波解交织并分离成由偶时间样本和奇时间样本构成的两个信号。这两个时间样本表示在时间上分隔开一个采样间隔的两个相同频率步进式chirp的回波。这在本文中被称为“分离chirp”样本。针对这两个分离chirp样本生成FFT。这两个FFT在本文中被称为FFT1和FFT2。在其中存在峰的各个FFT滤波器组中进行相位测量。对于在CW多普勒检测中发现的每个速度，将FFT1和FFT2中的对应峰之间的相位差与在一个chirp样本间隔T_S，CHP上计算得到的相位旋转进行比较。最接近的匹配就是正确的距离/速度对。消除了伪影(在其中会识别到不存在的目标)。匹配的进一步限定还可取决于诸如最大允许相位差和最小SNR之类的其他标准。

一旦建立起一对，就可通过从峰的FFT指数中去除归因于速度的FFT滤波器组的数量来确定每个物体/目标的距离。所得到的指数则仅归因于距离。距离值为新指数乘以chirp的距离分辨率。重复该过程，直到chirp信号回波中的所有峰都被处理为止。结果是当前扫描中所有物体/目标回波的距离和速度对。

根据示例性实施例，对匹配的峰进行方位确定。一旦建立了距离/速度对，则根据原始步进式chirp(步进式FM)回波来测量方位。可以根据天线元件或波束形成波束之间的往返相位差以及天线阵列的已知几何结构来通过干涉测量法计算每个物体的方位。由于FFT滤波器组相位也与天线元件或波束形成的波束之间的往返路径长度差成比例，因此可以对每个成功配对的物体进行方位计算。

图2是示出根据一些示例性实施例的发射的电磁雷达信号的示意图。参见图2，所述发射信号包括第一部分，该第一部分包括具有恒定频率F_C和持续时间T_CW的标记为CW的连续波信号。所述发射信号还包括第二部分，在第二部分期间，根据一些示例性实施例的chirp信号被发射。在图2中将发射信号的第二部分的chirp信号表示为成对的步进式下降chirp。作为下降chirp，所述信号的频率随时间推移减小。应当理解，根据其他示例性实施例，chirp信号不一定是下降chirp信号。例如，在一些替代的示例性实施例中，chirp信号可以是其中信号的频率随时间推移增大的上升chirp信号。

在图2的成对chirp信号中，在每个频率步进即F1、F2、...、FN处，存在至少两个连续的信号实例。也就是说，如图2所示，成对下降chirp信号可以表示为一系列脉冲对，一个脉冲对中的每个脉冲处于相同的频率。因此，对于图2所示的示例性实施例，步进式成对下降chirp信号包括N个步进，每个步进处出现N个频率中的每个频率的两个脉冲或实例。具体地讲，第一步进处信号的脉冲或实例的频率表示为F1F1；第二步进处信号的脉冲或实例的频率表示为F2F2；第三步进处信号的脉冲或实例的频率表示为F3F3；第四步进处信号的脉冲或实例的频率表示为F4F4；第N步进处信号的脉冲或实例的频率表示为FNFN。发射信号的第二部分的持续时间被表示为T_CHP，该第二部分包括整个步进式成对下降chirp信号。

参见图2，还注意到，在所示的示例性实施例中，在成对下降chirp信号中，每个相同频率实例或脉冲在时间上以恒定时间T1分隔开。也就是说，两个F1实例或脉冲以时间T1分隔开，两个F2实例或脉冲以时间T1分隔开，等。同样，连续的相同频率实例或脉冲对以时间T2分隔开。也就是说，第二F1实例或脉冲与第一F2实例或脉冲以时间T2分隔开，第二F2实例或脉冲与第一F3实例或脉冲以时间T2分隔开，等。在该特定示例性实施例中，时间段T1和时间段T2可相等，使得所有时间上相邻的频率脉冲或实例在时间上具有相等间隔。在其他示例性实施例中，如下面结合图12A和图12B详细描述的，T1和T2不一定相同。

在一些示例性实施例中，对一个或多个物体或目标的回波或反射信号或回波信号的处理考虑了步进式成对chirp信号将是在时间上偏移并且彼此交织的两个相同的chirp信号。在图3A至图3C中示出了两个相同的chirp信号的这种交织。图3A是图2所示的成对下降chirp信号的示意性波形图。图3B和图3C包括示出解交织的或“分离”的chirp信号的示意性波形图，该chirp信号在时间上交织时形成图3A的完全成对的下降chirp信号。如图3B和图3C所示，被称为“分离chirp A”的第一分离chirp信号与被称为“分离chirp B”的第二分离chirp信号相同。两者均由在一系列频率F1、F2、F3、F4，...，FN处的信号脉冲或实例组成。在处理这些分离chirp信号的回波时，它们之间的唯一差别是它们之间的时间偏移。

参见图3A至图3C，如上面详细描述的，每个相同频率实例或脉冲在时间上以恒定时间T1分隔开。也就是说，两个F1实例或脉冲以时间T1分隔开，两个F2实例或脉冲以时间T1分隔开，等。同样，连续的相同频率实例或脉冲对以时间T2分隔开。也就是说，第二F1实例或脉冲与第一F2实例或脉冲以时间T2分隔开，第二F2实例或脉冲与第一F3实例或脉冲以时间T2分隔开，等。因此，在图3B和图3C的分离chirp信号中，时间上相邻的脉冲或实例在时间上被分隔开时间T1+T2。在时间段T1和T2相等的特定示例性实施例中，分离chirp信号中的时间上相邻的脉冲或实例在时间上被分隔开时间2(T1)＝2(T2)。

图4A和图4B是示出根据一些示例性实施例的接收并处理的回波或反射信号或回波信号的采样的示意图。具体地讲，图4A示意性地示出了对由于发射信号的第一部分或CW部分的回波的采样，图4B示出了对由于发射信号的第二部分或成对chirp部分的回波的采样。

参见图4A，周期性地获取所述反射CW信号的样本。在一些示例性实施例中，以采样周期T_S，CW获取M个样本。

参见图4B，示出了反射的chirp信号(即所反射的分离chirp信号)的采样。标记为(1)的波形是所发射的完全成对的下降chirp信号。标记为(2)的波形是交织样本的N点集合。标记为(3)的波形是第一解交织的分离chirp信号的第一组样本。在所示的示例性实施例中，以chirp采样周期T_S，CHP获取成对的下降chirp信号的样本。在图4B所示的特定示例性实施例中，T_S，CHP等于T1。

继续参见图4B，在该特定示例性实施例中，根据惯例，分离chirp的第一组样本被称为奇chirp(来自分离chirp A)，因为第一组样本包括步进式下降chirp信号回波的N/2个样本，具有奇数指数，即1、3、5，...，N-1。标记为(4)的波形是第二解交织的分离chirp信号的第二组样本。在该特定示例性实施例中，根据惯例，分离chirp的第二组样本被称为偶chirp(来自分离chirp B)，因为第二组样本包括步进式下降chirp信号回波的N/2个样本，具有偶数指数，即2、4、6，...，N。应当注意，根据示例性实施例，处理包括使用基2FFT，使得在这些示例性实施例中，总是存在偶数个样本。

继续参见图4B，应当注意，如上面结合图3A至图3C所述，每个相同频率实例或脉冲在时间上以恒定时间T1分隔开。也就是说，两个F1实例或脉冲以时间T1分隔开，两个F2实例或脉冲以时间T1分隔开，等等。同样，连续的相同频率实例或脉冲对以时间T2分隔开。也就是说，第二F1实例或脉冲与第一F2实例或脉冲以时间T2分隔开，第二F2实例或脉冲与第一F3实例或脉冲以时间T2分隔开，等等。因此，在图4B的信号(3)和信号(4)的分离chirp信号中，时间上相邻的脉冲或实例在时间上被分隔开时间T1+T2。在时间段T1和T2相等的特定示例性实施例中，分离chirp信号中的时间上相邻的脉冲或实例在时间上被分隔开时间2(T1)＝2(T2)。

通过图1所示的电路结合本文所述的示例性实施例来处理如图4A和图4B所示生成的样本。也就是说，根据示例性实施例来处理在图4A中示出的CW信号回波所获得的样本以及在图4B中分别在波形(3)和波形(4)中示出的奇偶分离chirp回波的样本。

在一些示例性实施例中，对在图4A中示意性地示出的CW样本应用傅立叶变换，优选地为基2 FFT，以生成与发射信号的CW部分的回波相关联的频谱。图5A包括根据示例性说明实施例的对一组CW样本应用FFT的示例性说明结果的示意性图形表示。参见图5A，在该示例性图示中，所述回波示出了FFT中的三个频率滤波器组峰，对应于回波中指示的移动物体或目标的三个相应的多普勒。具体地，这三个峰出现在频率滤波器组K1、K2和K3中。应当理解，本公开适用于任何数量的峰，并且所述的三个峰是任意选择的，以示出该示例性实施例。根据已知的FFT雷达处理技术，这三个峰对应于三个物体多普勒，表示为V1、V2和V3。一般来说，可以存在具有相同多普勒的多个目标或物体。根据示例性实施例，消除了该模糊性以明确地标识多个物体或目标的相对速度、距离和方位。

在一些示例性实施例中，也对在图4B中示意性地示出的奇分离chirp样本和偶分离chirp样本应用了傅立叶变换，优选地为基2FFT，以生成与两个分离chirp(即分离chirpA和分离chirp B)的回波相关联的频谱。图5B包括根据示例性说明实施例的对两组分离chirp样本(即用于分离chirp A的奇样本和用于分离chirp B的偶样本)应用FFT的示例性说明结果的示意性图形表示。

参见图5B，在标记为(1)的波形中示出了分离chirp A的奇样本的FFT结果，以及在标记为(2)的波形中示出了分离chirp B的偶样本的FFT结果。再次，在该示例性说明中，所述回波示出了每个FFT中的三个频率滤波器组峰，其将对应于回波中指示的移动物体或目标。如上所述，应当理解，本公开适用于任何数量的峰，并且所述的三个峰是任意选择的，以示出该示例性实施例。具体地，对于chirp A和chirp B两者，三个峰P1、P2和P3分别出现在频率滤波器组K1、K2和K3中。应当注意，尽管本文中使用常用的符号K来指示FFT滤波器组指数，但本领域技术人员将容易理解，由于采样速率和积分时间不同，图5A的CW FFT中的滤波器组指数即K可能与图5B的chirp FFT中的滤波器组指数即K不同。然而，假定在同一个采样间隔T_S，CHP内车辆动力学的加速度和位移可忽略，图5B的分离chirp中的滤波器组指数将总是相同。根据已知的FFT雷达处理技术，用于chirp回波的每个FFT滤波器组均与目标距离和目标速度相关联。因此，每个峰P1、P2和P3与相关联的一个(或多个)物体/目标的距离和速度的某种组合相关联。也就是说，每个FFT中的每个峰对应于具有速度和距离的耦合信息的一个(或多个)物体/目标。由于每个滤波器组均为距离和速度信息的组合，在常规雷达系统中，不能明确地确定物体的速度和距离。然而，根据示例性实施例，消除了这种模糊性，使得目标的距离值和速度值得以明确地确定。

图6包括对如图4B所示的完全交织成对的chirp信号的回波样本应用傅立叶变换(例如快速傅立叶变换(FFT))的结果的示意图。也就是说，图6的波形示出了由奇chirp(chirp A)样本与偶chirp(chirp B)样本的组合产生的组合成对chirp回波的峰。参见图6，在本文所述的示例性说明实施例中，完全成对chirp回波的FFT例如产生三个峰P1、P2和P3，其同样对应于回波中的物体/目标。如图6示意图的上部所示，峰P1、P2和P3取决于距离(R)和速度(V)的耦合信息。

根据本文所述的示例性实施例，将目标距离与其在chirp回波中的相应速度信息解耦，使得针对每个目标确定明确的距离和速度信息。在图6示意图的下部中示出了根据示例性实施例的距离和速度信息的解耦方式。具体地，参见图6，每个峰P1、P2和P3可与三个可能的目标速度V1、V2和V3中的一个相关联。也就是说，峰P1可包括目标在第一距离R11处以速度V1移动、在第二距离R12处以速度V2移动和/或在第三距离R13处以速度V3移动的采样回波。峰P2可包括目标在第一距离R21处以速度V1移动、在第二距离R22处以速度V2移动和/或在第三距离R23处以速度V3移动的采样回波。峰P3可包括目标在第一距离R31处以速度V1移动、在第二距离R32处以速度V2移动和/或在第三距离R33处以速度V3移动的采样回波。因此，根据示例性实施例，对于每个峰，独立于chirp信号回波来确定相关联目标移动的速度，使得与每个FFT峰处的速度和距离相关的模糊性得以消除。结果，每个目标的速度和距离均得以明确地确定。

继续参见图6，例如，如果根据示例性实施例确定与峰P2相关联的目标具有速度V2，则可去除归因于速度V2的成对chirp回波的FFT(图6)中与峰P2相关联的滤波器组的影响，使得目标的距离被确定为R22。类似地，如果，例如，根据示例性实施例确定与峰P3相关联的目标具有速度V1，则可去除归因于速度V1的成对chirp回波的FFT(图6)中与峰P3相关联的滤波器组的影响，使得目标的距离被确定为R31。类似地，如果，例如，根据示例性实施例确定与峰P1相关联的目标具有速度V3，则可去除归因于速度V3的成对chirp回波的FFT(图6)中与峰P1相关联的滤波器组的影响，使得目标的距离被确定为R13。

图7包括根据示例性实施例的示意图，其示出通过来自雷达发射信号的CW第一部分的回波或反射信号或回波信号中的多普勒速度来确定各个目标相位旋转或相位差。针对FFT中的峰V1、V2和V3，确定相位旋转。从速度V1、V2和V3计算多普勒相位旋转或相位差Δθ。具体地讲，从速度V1确定相位旋转Δθ₁；从速度V2确定相位旋转Δθ₂；并从速度V3确定相位旋转Δθ₃。根据示例性实施例，根据公式Δθ＝4πVT_S，CHP/λ来计算由CW回波和成对chirp采样间隔所确定的相对于分离chirp的相位旋转，其中V是速度，T_S，CHP是信号的成对chirp部分的采样间隔(参见图4B)，而λ是成对chirp电磁信号的平均波长或中心频率波长。这一计算得出分别与来自图5A所示CW回波的FFT的一组峰速度V1、V2和V3相对应的分离chirp之间的一组预期相位旋转Δθ₁、Δθ₂和Δθ₃。

图8包括根据示例性实施例的示意图，其示出确定来自雷达发射信号的chirp第二部分的回波或反射信号或回波信号之间的各个相位差ΔΦ。针对图5B所示的关于图4B所示样本的FFT结果中的峰P1、P2和P3确定相位差。参见图5B和图8，每个FFT的每个滤波器组包括多个值，每个值具有实部I和虚部Q。具体地，滤波器组K1包括形式I₁+jQ₁的值；滤波器组K2包括形式I₂+jQ₂的值；且滤波器组K3包括形式I₃+jQ₃的值。根据示例性实施例，根据公式Φ＝arctan(Q/I)，针对chirp>A1＝arctan(Q₁/I₁)；Φ_A2＝arctan(Q₂/I₂)；和Φ_A3＝arctan(Q₃/I₃)。此外，根据下式计算chirp>B1＝arctan(Q₁/I₁)；ΦΦ_B2＝arctan(Q₂/I₂)；和Φ_B3＝arctan(Q₃/I₃)。然后计算chirp>B1与chirp>A1之间的相位差ΔΦ₁：ΔΦ₁＝Φ_B1-Φ_A1；根据下式计算chirp>B2与chirp>A2之间的相位差ΔΦ₂：ΔΦ₂＝Φ_B2-Φ_A2；并且根据下式计算chirpB中峰P3的相位Φ_B3与chirp>A3之间的相位差ΔΦ₃：ΔΦ₃＝Φ_B3-Φ_A3。应当注意，相位差ΔΦ的符号取决于向量与所应用的多普勒符号规则之间的超前/滞后关系。

根据优选的实施例，接下来，将相对于成对chirp采样时间计算的分别对应于由针对CW回波的FFT的一组峰速度V1、V2和V3的一组相位差或相位旋转Δθ₁、Δθ₂和Δθ₃与来自chirp>1、ΔΦ₂和ΔΦ₃进行比较，以确定各组相位差之间的最接近匹配。根据优选的实施例，CW回波与chirp回波之间的匹配相位差将指示相同检测物体/目标。利用已知的目标相位差，可通过发射信号CW部分的回波明确地确定该目标的速度。在速度已知的情况下，chirp回波中的距离和速度被解耦，并且与所识别目标相距的距离也被明确地确定。

图9包括含有表格的示意图，该表格示出了通过CW回波所确定的计算出的相位旋转与通过chirp回波所确定的相位差之间的对比。参见图9，该对比包括确定通过CW回波所确定的每个相位旋转与通过chirp回波所确定的相位差之间差值的量值或绝对值。当差值或绝对值低于预定阈值时，表明峰P1、P2、P3与速度V1、V2、V3之间匹配。在每一者都匹配的情况下，与相关联的chirp峰P1、P2、P3相关联的目标被推断为具有相关联的CW速度V1、V2或V3。通过相位差ΔΦ的符号来解决关闭速度匹配和打开速度匹配。

多普勒频率F_Dop与速度V之间的关系如下式所示：

F_Dop＝k/T_CW

V＝(F_Dop*λ)/2

其中滤波器组指数k＝0，...，N-1，λ是CW波长，而T_CW是CW部分的持续时间(积分时间)，如图2所示。

如上文结合图6所述，在确定了目标速度的情况下，然后还通过完全成对chirp信号回波来确定目标距离。具体地讲，成对chirp信号的FFT的每个滤波器组K中的值包括速度贡献和距离贡献。具体地讲，可通过下式来定义滤波器组数：

K＝(R/dR)+(V/dV)，其中(1)

dV＝1/T_CHP和dR＝C/(2*BW)

其中R是距离(径向)，C是光速，T_CHP是成对chirp持续时间(积分时间)，BW是成对chirp带宽，dR是距离分辨率，例如米/滤波器组，V是速度，而dV是速度分辨率，例如米/秒/滤波器组。根据示例性实施例，在成对chirp的已知峰处，该峰的滤波器组数是已知的。速度分辨率dV和距离分辨率dR也都是已知的。如上所述，还从上文结合图9详述的配对和匹配中获知该峰处的速度。因此，可由上述等式(1)求解距离R：

R＝dR[K-(V/dV)].(2)

因此，在一个示例性实施例中，速度分辨率dV可以是0.16米/秒/滤波器组，而距离分辨率dR可以是0.83米/滤波器组。在该示例性实施例中，在20米的距离R处以15m/秒的相对速度V行进的物体将在通过K＝(R/dR)+(V/dV)＝20/0.83+15/0.16＝24.10+93.75＝117.85所计算的FFT滤波器组K中具有峰。因此，该物体的峰将在FFT的第118个滤波器组中，即被四舍五入到最近的滤波器组。作为四舍五入的替代方案，可通过FFT内插和/或曲线拟合技术来实现更精确的峰滤波器组确定。相反，为了说明示例性实施例，如果成对chirp(图4B的波形(1))包括在FFT的第118个滤波器组处的峰P2，并且从以上结合图9详述的配对和匹配中已知的峰P2处物体的速度V为15m/秒，其中距离分辨率dR已知为0.83m/滤波器组并且速度分辨率dV已知为0.16米/秒/滤波器组，则与物体相距的距离可通过等式(2)计算为R＝0.83[118-15/0.16]＝20.13米，根据所提出的假定示例已知这是正确的。应当注意，分数范围误差归因于四舍五入到最近的滤波器组，这与更高分辨率方法(例如FFT内插和/或具有零填充的曲线拟合)相反。

利用根据如上详述的示例性实施例所确定的速度和距离，可确定一个(或多个)目标/物体的方位或方向。图10A、图10B和图11包括根据示例性实施例的示意性功能框图，其示出确定物体方位的方法。具体地讲，图10A包括示出根据一些示例性实施例使用的天线阵列的天线元件A、B、C和D的示意图。图10B包括示出根据一些示例性实施例的用于确定方位的波束形成方法的示意性功能框图。图11包括根据一些示例性实施例的使用图10A和图10B中所示单独天线元件回波和波束形成来确定物体方位的方法的示意性框图。

在一些示例性实施例中，通过确定已进行适当速度校正的两个加权的波束形成的波束之间匹配峰的相位差来计算方位。使用发射波形和接收波形的任何可用部分以数字形式形成波束。

参见图10A，示出了天线阵列系统102。在一些示例性实施例中，例如图10A所示的说明性示例性实施例，天线阵列系统102包括四个天线元件，在图10A中标记为A、B、C和D。具体地讲，天线阵列系统102包括两个发射天线元件A和B，以及两个接收天线元件C和D。应当理解，本公开适用于任何数量的天线元件。发射天线元件A和B分别向物体104发射波束106和108。波束被物体104反射，结果，反射的波束110和112分别被接收天线元件C和D接收。

假设物体104足够远离阵列102，使得波束106，108，110，112可被假设为平面波，如图10A中的“平面波前”所示。根据该假设，物体104在图10A中被称为“点目标”。物体104相对于阵列102的方位由θ给出，阵列102的元件之间的距离由d给出。给定元件间距d(此处为简单起见而假设一致，而非必须)，通过x与由x＝dsinθ给出的θ之间的关系，针对发射元件和接收元件AC、AD、BC、BD的每个可能组合，定义了路径长度的往返差。具体地讲，假设示例性一致元件间距d，与元件B相对于元件A相关联的路径长度差由x＝dsinθ给出；与元件C相对于元件A相关联的路径长度差由x＝2dsinθ给出；并且与元件D相对于元件A相关联的路径长度差由x＝3dsinθ给出。因此，由于额外路径长度引起的相位旋转的量为2πx/λ。每个元件对之间的路径长度差还对应于它们相应FFT的匹配峰之间的相位差。使用此信息，可以数学方式通过将FFT相位等同于几何元件相位并求解θ来确定方位。

参见图10B，计算所有四个可能路径的FFT，如框120所示。在一些示例性实施例中，根据图4B所示的成对chirp信号即信号(1)来计算FFT。如果未实施同时接收，则在每个元件对之间存在时间元件延迟T_ED。因此，多普勒速度(即相对位移)将在FFT中施加物理几何计算中并不存在的附加相位旋转，从而得到错误的方位计算结果。因此，在框122中根据复杂速度向量计算去除了FFT样本的速度分量。应当注意，122中所指的波长λ是chirp的平均波长或中心频率波长。由于FFT峰已经过速度匹配，所以要去除的旋转的量是已知的，因此，FFT匹配峰的频域中的复共轭向量乘法将校正相位。接下来，数字地波束形成两个单独的波束，以得到增加的SNR和波束操纵能力。通过应用第一组复合权重W11、W12、W13、W14和第二组复合权重W21、W22、W23、W24来对路径AC、AD、BC、BD的数据进行加权。在加法器124中对经过第一组复合权重加权的数据求和，以产生如128处所示的波束1。类似地，在加法器126中对经过第二组复合权重加权的数据求和，以产生如130处所示的波束2。

参见图11，如121所示，传输如图4B所示的chirp信号即信号(1)，并且如120处所示，计算FFT。在122处进行速度去除。进行波束形成123和125，包括执行以上结合图10B所述的复合加权以及求和，以生成波束1和波束2。接下来，对于经过加权并求和的FFT数据，根据复数FFT数据的反正切，根据所有FFT数据的arctan(Q/I)，分别在127和129处计算每个匹配峰的相位Φ₁和Φ₂。接下来，在加法器131中，计算Φ₁和Φ₂之间的相位差ΔΦ。接下来，在133中，通过θ＝arcsin(ΔΦ/kD)计算方位θ，其中波数k由k＝2π/λ给出，λ是成对chirp的平均波长或中心频率波长，并且此时D是所计算的在两个波束形成的波束之间的虚拟间距，其中通过用于形成波束的各个元件间隔导出该虚拟间距。

在本公开中，例如描述了图4B中所示类型的成对chirp即信号(1)。如上所述，在图4B所示的成对chirp信号即信号(1)中，时间T1和时间T2是相同的。根据一些示例性实施例，可使用另一类型的chirp数据处理。这种替代形式的chirp处理在本文中称为“加和chirp”处理。在时间T1和时间T2不相等的情况下，该加和chirp处理特别适用于示例性实施例。图12A包括示出根据一些示例性实施例的当时间T1和T2相等时的加和chirp信号的示意图。图12B包括示出根据一些示例性实施例的当时间T1和T2不相等时的加和chirp信号的示意图。

参见图12A，信号(1)示出了其中T1＝T2的成对chirp信号。在这种情况下，可使用恒定的采样周期来生成用于成对chirp信号处理的N个样本，如上文详述。图12A的信号(2)示出了加和chirp信号，其中将来自图12A的成对chirp信号(1)的同频率脉冲或实例进行相干求和。从而生成用于加和chirp处理的N/2个样本。在图12B中，信号(1)示出了其中T1≠T2的成对chirp信号。在这种情况下，不可使用恒定的采样周期来生成用于成对chirp信号处理的N个样本，如上文详述。图12B的信号(2)示出了加和chirp信号，其中将来自图12B的成对chirp信号(1)的同频率脉冲或实例进行相干求和。从而生成用于加和chirp处理的N/2个样本。

因此，根据示例性实施例，还可以或替代地通过对成对时间样本求和来进行用于本文详述的目标检测和方位计算的成对chirp处理，从而得到N/2个加和chirp，如图12A和图12B中的信号(2)所示。根据一些示例性实施例，仍然对分离chirp和CW信号进行本文详述的关于速度配对的相位匹配。

本文详述的技术适用于chirp处理的所有组合。chirp信号和/或chirp信号的一个(或多个)组合的选择取决于信号处理问题，例如噪声统计、信号偏差、由于速度引起的相干和损失、FFT滤波器组分辨率、信号平均选项、SNR考虑、时间问题和其他因素。

上述系统和方法的各种实施例可在数字电子电路中、在计算机硬件、固件和/或软件中实施。这种实施可以是计算机程序产品的形式(即，有形地体现在信息载体中的计算机程序)。这种实施可例如在机器可读存储设备中和/或在传播信号中以供数据处理装置执行，或者控制数据处理装置的操作。这种实施可例如是可编程处理器、计算机和/或多台计算机。

计算机程序可以包括编译语言和/或解释语言的任何形式的编程语言编写，并且计算机程序可以任何形式(包括作为独立程序或作为子例程、元素和/或适用于计算环境的其他单元)进行部署。计算机程序可被部署为在一个站点处的一台计算机上或多台计算机上执行。

可通过执行计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行方法步骤，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行本发明的功能。还可通过专用逻辑电路来执行方法步骤，并且装置可以专用逻辑电路的形式实施。电路可例如是FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路)。模块、子例程和软件代理可指实施该功能的计算机程序、处理器、特殊电路、软件和/或硬件的部分。

以举例的方式，适用于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器、以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，能够可操作地耦接计算机以从用于存储数据的一个或多个大容量存储设备(例如磁盘、磁光盘或光盘)接收数据并且/或者将数据传送到一个或多个大容量存储设备。

数据传输和指令还可通过通信网络进行。适于包含计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，例如包括半导体存储器设备。信息载体可例如是EPROM、EEPROM、闪存设备、磁盘、内部硬盘、可移动盘、磁光盘、CD-ROM盘和/或DVD-ROM盘。处理器和存储器可通过专用逻辑电路来补充，并且/或者被并入专用逻辑电路中。

为了提供与用户的交互，上述技术可在具有显示设备的计算机上实施。所述显示设备可例如是阴极射线管(CRT)和/或液晶显示屏(LCD)监视器。与用户的交互可例如是向用户显示信息以及用户可通过键盘和指向设备(例如鼠标或轨迹球)向计算机提供输入，例如与用户界面元素进行交互。可使用其他种类的设备来提供与用户的交互。其他设备可以是例如以任何形式的感观反馈(例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)向用户提供的反馈。可例如以包括声音、语音和/或触觉输入的任何形式接收来自用户的输入。

上述技术可在包括后端部件的分布式计算系统中实施。后端部件可例如是数据服务器、中间件部件和/或应用服务器。上述技术可在包括前端部件的分布式计算系统中实施。前端部件可例如是具有图形用户界面的、用户可与示例性实施交互所使用的网页浏览器，以及/或者用于传输设备的其他图形用户界面的客户端计算机。该系统的部件可通过任何形式或数字数据通信的介质(例如通信网络)进行互连。通信网络的例子包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、因特网、有线网络和/或无线网络。

该系统可包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。通过计算机程序在各台计算机上运行并且彼此之间具有客户端-服务器关系的优点而产生了客户端与服务器的关系。

基于分组的网络可包括例如因特网、运营商互联网协议(IP)网络(例如局域网(LAN)、广域网(WAN)、校园局域网(CAN)、城域网(MAN)、家庭局域网(HAN))、专用IP网络、IP专用交换分机(IPBX)、无线网络(例如无线电接入网络(RAN)、802.11网络、802.16网络、通用分组无线业务(GPRS)网络、HiperLAN)和/或其他基于分组的网络。基于电路的网络可包括例如公共交换电话网(PSTN)、专用交换分机(PBX)、无线网络(例如RAN)、蓝牙、码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、全球移动通信系统(GSM)网络和/或其他基于电路的网络。

所述计算系统还可包括一个或多个计算设备。计算设备可包括例如计算机、具有浏览器设备的计算机、电话、IP电话、移动设备(例如移动电话)、个人数字助理(PDA)设备、膝上型计算机、电子邮件设备和/或其他通信设备。浏览器设备包括例如具有万维网浏览器(例如可从微软公司(Microsoft Corporation)获得的Internet可从Mozilla公司(Mozilla Corporation)获得的Firefox)的计算机，例如台式计算机、膝上型计算机。移动计算设备包括例如或者其他智能电话设备。

尽管在阅读了前述具体实施方式之后，本公开的许多改变和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见，但应当理解，通过图示所示出和描述的具体实施例决不意在被认为是限制性的。此外，已结合具体实施例描述了本主题，但本领域技术人员将会想到本公开精神和范围内的变化。应当注意，所提供的前述示例仅仅是出于解释目的，并且决不应被理解为对本公开的限制。

虽然已经结合本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明构思，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可在形式和细节上对其进行各种改变。