CN217846611U - 雷达传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种雷达传感器及电子设备。该雷达传感器包括雷达芯片、功率分配网络、发射天线系统；其中，所述雷达芯片多个发射端同时输出具有不同相位组合的射频信号，各信号经所述功率分配网络传输到所述发射天线系统进行合成。通过改变所述雷达芯片发射端的相位组合，可调节所述天线系统的相位中心的位置，在多种相位组合下，可使所述发射天线系统相位中心位置的数量大于雷达芯片发射通道的数量。本申请的技术方案，能够在雷达芯片通道数目一定的情况下，借助雷达芯片发射通道的相位组合，及功率分配网络，可增加发射天线系统相位中心的数量，改变天线虚拟布阵，提升雷达系统的解角能力。

Description

雷达传感器及电子设备

技术领域

本申请实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达传感器及电子设备。

背景技术

近年来，FMCW(Frequency-Modulated Continuous Wave，调频连续波)雷达的应用获得了很大的发展，越来越多地被用到道路车辆监测记录系统、汽车防撞雷达、车流量检测器、自动驾驶等民用领域。在应用层面上，雷达的主要指标包括用于探测距离、探测速度、探测角度等的参数，角度精度主要受到DBF谱主副瓣比影响。

实用新型内容

本申请提供一种天线系统、雷达传感器及电子设备，以提升雷达系统的解角能力。

根据本申请的第一方面提供一种雷达传感器，其包括：n1×n2端口的功率分配网络、发射天线系统、雷达芯片；n1、n2和m均大于等于2；所述雷达芯片的n1个信号发射端对应连接所述功率分配网络的各输入端口；所述功率分配网络的n2个输出端口分别与发射天线系统中的各发射天线对应连接；所述功率分配网络将雷达芯片所输出的n1射频信号进行分配并输出至所述发射天线系统；其中，雷达芯片n1个发射端依时序输出的具有不同相位组合的射频发射信号，经所述功率分配网络传输，由所述发射天线系统合成辐射出的探测信号波具有多个位置的相位中心；所述相位中心的位置的数量大于各发射天线的数量。换言之，所述雷达芯片多个发射端同时输出具有不同相位组合的射频信号，信号经所述功率分配网络传输到所述发射天线系统进行合成。通过改变所述雷达芯片发射端的相位组合，可调节所述天线系统的相位中心的位置，在多种相位组合下，可使所述发射天线系统相位中心位置的数量大于雷达芯片发射通道的数量。

在第一方面的某些示例中，所述功率分配网络的各输出端所输出的射频信号具有等相不等幅的信号特征。

在第一方面的某些示例中，所述功率分配网络为巴特勒矩阵。

在第一方面的某些示例中，所述功率分配网络的输入端口和输出端口的数量相同。

在第一方面的某些示例中，所述雷达传感器还包括：接收天线系统；其中，所述雷达芯片的m个信号接收端对应连接所述接收天线系统中的各接收天线；所述m个信号接收端所接收的射频接收信号来自于发射天线系统所发射的探测信号波，经物体反射而形成的回波信号波。

在第一方面的某些示例中，所述发射天线系统和接收天线系统中各天线之间的间距按照预设的所述雷达传感器的解角能力进行排布。

在第一方面的某些示例中，所述功率分配网络、所述发射天线系统布置在PCB板。

本申请第二方面提供一种电子设备，其包括：如第一方面中任一项所述的雷达传感器，以及信号处理器；其中，所述信号处理器，耦接于雷达传感器，用于根据所述雷达传感器所提供的测量信息进行目标处理。

在第二方面的某些示例中，所述信号处理器与雷达传感器集成在芯片中，且所述信号处理器耦接于发射天线系统和接收天线系统，用于按照所述发射天线系统的相位中心、和接收天线的相位中心，对所接收的射频接收信号进行波达角估计。

在第二方面的某些示例中，所述电子设备为车辆自动驾驶系统、室内监控系统、或雷达传感器的测试板。

本申请实施例的技术方案，通过雷达传感器及电子设备，构成了可调相位中心的多于发射天线数量的多个虚拟发射通道，由此解决了角分辨率和雷达系统的解角能力受限于天线布阵的问题，能够在芯片的物理发射通道数目一定的情况下，改变天线虚拟布阵，提升角分辨率和雷达系统的解角能力。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是雷达系统中发射和接收天线的一种布阵方案；

图2是图1对应的虚拟接收阵列；

图3为本申请实施例提供的一种雷达传感器的框架示意图；

图4是本申请实施例提供的一种基于Hybrid的雷达传感器示意图；

图5是基于图4结构及的一种虚拟接收阵列；

图6是本申请实施例方案和传统方案的DBF谱对比；

图7是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是雷达系统中发射和接收天线的一种布阵方案，其中TX布阵表示发射天线系统中各发射天线的布阵，RX布阵表示接收天线系统中各接收天线的布阵。其中，2个发射天线之间的距离为4λ₀，4个接收天线之间的距离分别为

λ₀和2λ₀。常规方法中，每个发射天线单独连接雷达芯片的各信号发射端，以及各接收天线单独连接雷达芯片的接收端。图2是图1的虚拟天线阵列(又称MIMO阵列)示意图，图2的含义为，2个不同位置的发射天线分别发射的探测信号波经过物体反射后，分别被4个不同位置的接收天线接收。雷达传感器等效虚拟天线阵列为8个接收通路，各接收通道之间的间距如图2。换言之，虚拟天线阵列中各接收通道的数量与实体发射天线和实体接收天线的数量相关。换言之，若提高雷达传感器的解角能力，则需增加实际部署的实体发射天线以及接收天线的数量。

图3为本申请实施例提供的一种雷达传感器的框架示意图，该雷达传感器包括：雷达芯片、功率分配网络和发射天线系统。

功率分配网络和发射天线系统可单独布置在PCB电路板上，并通过PCB电路板与雷达芯片的相应信号发射端(或信号接收端)相连。其中，发射天线系统包含至少两个发射天线。所述功率分配网络举例为巴特勒矩阵。

例如，所述功率分配网络包含n1个输入端口和n2个输出端口。其中，n1个输入端口连接雷达芯片的n1个信号发射端；n2个输出端口分别与n2个发射天线对应连接。将雷达芯片的n1个发射端进行功率分配并输出至各n2个发射天线。

雷达传感器中可包含一个或多个雷达芯片。根据雷达传感器的电路架构，在一些示例中，雷达传感器中的部分雷达芯片通过功率分配网络与各发射天线相连；雷达传感器中的另一部分雷达芯片与天线组件的接收天线直接或间接相连。在另一些示例中，雷达传感器中的各雷达芯片均包含信号发射端和信号接收端，其中，各信号发射端通过功率分配网络与各发射天线相连；各信号接收端分别与各接收天线直接或间接相连。

以图3所示的雷达芯片包括n个信号发射端和m个信号接收端为例，其中n大于或等于2，m大于或等于2；功率分配网络为n×n端口功率分配网络，即，n1＝n2＝n。雷达芯片的n个发射通道分别与功率分配网络的n个输入端口连接，功率分配网络的n个输出端口分别与n个发射天线连接。当雷达芯片的n个信号发射端保持输出幅度相同时，每当发出n个FMCW的射频信号时，功率分配网络将n个相位不完全一样、或完全一样的FMCW射频信号转换成相位相同、幅度不等的射频发射信号。当雷达芯片的n个信号发射端按照n个射频信号的相位组合l来发射x个射频信号时，发射天线相同所辐射的探测信号波对应具有x个位置的相位中心。雷达芯片利用调节n个射频信号的相位的方式，可以使得：x＞n。换言之，当雷达芯片的n个信号发射端调整所发出的射频电信号的相位时，n个发射天线可等效出多于n个的虚拟发射天线。每一相位中心对应一个虚拟发射天线。

基于图4，在本示例中，详细阐释一种四端口功率分配网络的原理，chip表示雷达芯片，Hybrid表示一种四端口的功率分配网络，具体的连接方式为，chip的两个信号发射端分别与Hybrid的两个输入端口连接，Hybrid的两个输出端口分别与发射天线ANT0和ANT1连接。其中，四端口网络Hybrid根据S参数矩阵而具有输入输出端口之间的幅度和相位关系。

当雷达芯片的TX0发射端发射射频信号为

TX1发射端发射射频信号为

时，ANT0从Hybrid得到的信号Signal-ANT0，即功率分配网络输出的射频发射信号为

ANT1由Hybrid得到的信号Signal-ANT1为

变换后，

ANT0从Hybrid得到的信号

ANT1由Hybrid得到的信号

由此可得，Signal-ANT0和Signal-ANT1的相位相同，幅度分别为

和

其中，w_o为扫频启始频率，α为扫频上升沿的斜率，θ为TX0的相对相位，γ为TX1的相对相位。

因此，经过Hybrid后，雷达芯片的发射通路TX0和TX1的相位差异会转变为ANT0以及ANT1输入的幅度差异，相当于同相不同幅的输入信号馈入发射天线系统。当TX0和TX1的相位差值变化时，发射天线系统的相位中心也会跟随变化。

特殊的，当两个信号发射端所发出的信号的相位差为0°时，ANT0和ANT1收到Hybrid来的同幅同相的信号，若ANT0和ANT1为相同的天线，此时天线系统合成的相位中心一般处于两发射天线的相位中心连线的中部。当两个信号发射端所发射的信号相位差为90°或者-90°时，所有能量均馈入ANT0或者ANT1，此时发射天线系统合成的相位中心在ANT0或者ANT1上。

根据功率分配网络的上述特性，通过调整雷达芯片的各发射端所输出的各路信号的相位，可增加雷达传感器的发射系统天线相位中心的数量，从而在不改变天线数量(如2个)的情况下，改变天线虚拟布阵，提升雷达传感器的解角能力。

示例性的，图5是图4在三种相位配置下，得到的新的虚拟布阵，三种相位配置包括，TX0和TX1相位差异-90°，0°以及90°。

具体的，图6是本申请实施例提供的DBF谱，图中虚线为图2所示虚拟阵列的DBF谱，实线为图5所示虚拟阵列的DBF谱，从图中可以看出，采用当前技术，能够使DBF谱旁瓣降低2dB，提升了雷达系统的解角能力。

本实施例的技术方案，通过雷达芯片和功率分配网络；其中，雷达芯片包括n个信号发射端和m个信号接收端，n大于或等于2，m大于或等于2；功率分配网络为n×n端口功率分配网络，雷达芯片的n个信号发射端分别与功率分配网络的n个输入端口连接，功率分配网络的n个输出端口分别与n个发射天线连接；功率分配网络的每个输入端口输入的射频信号在各输出端口输出相位相同，幅度不同的射频发射信号；通过雷达芯片的n个信号发射端进行x次调相，对发射天线系统来说，其辐射的探测信号波对应不同x个相位中心。本申请的技术方案，能够在雷达芯片的信号发射端数目确定的情况下，改变天线虚拟布阵，提升雷达系统的解角能力。

图7是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，从图中可知，该电子设备包括如本申请任一实施例所述的雷达传感器，能够在芯片的信号发射端的数目一定的情况下，改变天线虚拟布阵，提升雷达系统的解角能力。在此，所述雷达传感器中包括信号发射器和信号接收器。例如，雷达芯片中集成有信号发射器和信号接收器，并通过相应的信号发射端和信号接收端与天线组件连接。

所述信号发射器用于将信号源所提供的基准电信号调频/调相处理，并经过移相器，产生多路相位相同、不完全相同、或完全不同的多路射频信号；每路射频信号从信号发射端输出至功率分配网络。按照多路输入的相位与多路输出的能量对应关系而设计的功率分配网络，其将经分配至各输出端的相位相同幅度随相位变化而变化的射频发射信号发送至发射天线相同，以使得发射天线相同合成辐射出中心频率在如64GHz、或77GHz等频段的探测信号波，且其相位中心与雷达芯片所输出的多路射频信号的相位组合相关。其中，所述中心频率为定频的探测信号波，或者以中心频率和预设带宽扫频的探测信号波。信号发射器通按照时序调整各路射频信号的相位，使得发射天线系统依次合成辐射出相位中心不同的探测信号波。

当各探测信号波被物体反射形成回波信号波时，所述接收天线感应相应的回波信号波而产生射频接收信号。

所述信号接收器用于将依次序将各射频接收信号进行下变频、滤波和ADC等处理，以输出基带数字信号。

电子设备中还包括信号处理器。该信号处理器可集成在雷达芯片中，或者为一单独芯片，其与雷达芯片数据连接。所述信号处理器与所述信号接收器连接，用于通过信号处理从所述基带数字信号中提取测量信息，并输出测量数据。其中，所述信号处理包括基于对至少一路接收天线所提供的至少一路待处理信号进行相位、频率、时域等数字化信号处理计算。所述测量数据包括以下至少一种：用于表示所探测到的至少一个障碍物的相对距离的距离数据；用于表示所探测到的至少一个障碍物的相对速度的速度数据；用于表示所探测到的至少一个障碍物的相对角度的角度数据等。

所述信号处理器还用于根据所述测量信息进行目标处理。例如，信号处理器包括用于对数据进行数学、或逻辑运算的处理器，利用3D成像技术对测量信息所形成的3D点阵数据进行目标识别、目标跟踪等目标处理，以便与使用电子设备的用户进行交互。在此所述电子设备可以是车辆自动驾驶系统、室内监控系统、或雷达传感器的测试板中的任一种。对应地，所述交互方式举例包括：根据所跟踪的目标的距离、速度、角度等位置信息对用户发出图文声音等警报；根据所识别的目标的生物特征对用户进行体征提示；将所处理的目标以视频等形式展示，以达到显示测试效果的目的等。

以车辆自动驾驶系统为例，在此，车辆自动驾驶系统还包括车辆的雷达警示器。所述雷达传感器配置在车辆后方的体角位置，该雷达传感器通过依次辐射出不同相位中心的探测信号波对将车辆体侧至车辆后方大致90°范围内的障碍物的角度、距离等进行探测。当倒车过程中，当雷达警示器根据该雷达传感器所提供的测量信息，确定对应范围内有障碍物时，则提供相应警示信息，如蜂鸣声、图像等。以所述雷达传感器连接自动辅助驾驶系统为例，所述雷达传感器配置在车辆后方的体角位置，该雷达传感器用于将车辆体侧至车辆后方大致90°范围内的障碍物信息。当倒车过程中，当自动辅助驾驶系统根据该雷达传感器所提供的测量信息，确定对应范围内有障碍物时，则控制车辆减速、甚至停止等。

本申请实施例提供的电子设备的实现原理和技术效果与上述实施例类似，此处不再赘述。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种雷达传感器，其特征在于，包括：n1×n2端口的功率分配网络、发射天线系统、雷达芯片；n1、n2和m均大于等于2；

所述雷达芯片的n1个信号发射端对应连接所述功率分配网络的各输入端口；

所述发射天线系统由多个发射天线组成，其中发射天线的数量等于所述雷达芯片发射通道的数量；

所述功率分配网络的n2个输出端口分别与发射天线系统中的各发射天线对应连接；

所述功率分配网络将雷达芯片所输出的n1路射频信号进行分配并输出至所述发射天线系统；

其中，雷达芯片n1个发射端依时序输出的具有不同相位组合的射频发射信号，经所述功率分配网络传输，由所述发射天线系统合成辐射出的探测信号波具有多个位置的相位中心；所述相位中心的位置的数量大于各发射天线的数量。

2.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，所述功率分配网络的各输出端所输出的射频信号具有等相不等幅的信号特征。

3.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，所述功率分配网络为巴特勒矩阵。

4.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，所述功率分配网络的输入端口和输出端口的数量相同。

5.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，还包括：接收天线系统；

其中，所述雷达芯片的m个信号接收端对应连接所述接收天线系统中的各接收天线；

所述m个信号接收端所接收的射频接收信号来自于发射天线系统所发射的探测信号波，经物体反射而形成的回波信号波。

6.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，所述发射天线系统和接收天线系统中各天线之间的间距按照预设的所述雷达传感器的解角能力进行排布。

7.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，所述功率分配网络、所述发射天线系统布置在PCB板。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1-7中任一项所述的雷达传感器，以及信号处理器；其中，所述信号处理器，耦接于雷达传感器，用于根据所述雷达传感器所提供的测量信息进行目标处理。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述信号处理器与雷达传感器集成在芯片中，且所述信号处理器耦接于发射天线系统和接收天线系统，用于按照所述发射天线系统的相位中心、和接收天线的相位中心，对所接收的射频接收信号进行波达角估计。

10.根据如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为车辆自动驾驶系统、室内监控系统、或雷达传感器的测试板。

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