MIMO同时发射方法、MIMO雷达与流程

mimo同时发射方法、mimo雷达
技术领域
1.本技术涉及汽车电子技术领域，更具体地，涉及mimo同时发射方法、mimo雷达。


背景技术：

2.近年来随着射频芯片集成度的增加，以及自动驾驶应用对毫米波雷达角度分辨性能越来越高的要求，雷达天线阵列的收发通道数越来越多。通道数的增益一方面提升了雷达角度分辨率、角度精度、信噪比等指标，另一方面也大大增加了系统设计复杂度。
3.由于车载雷达体积的限制，一般使用mimo技术形成虚拟通道，虚拟通道组成的天线阵列孔径大于实际物理天线阵列孔径，从而能够提高角度分辨率。在功耗和成本的限制下毫米波雷达均是发射连续波，在连续波体制下常规同时mimo方案的设计由于发射共用vco等原因往往无法实现或者遇到运算量过大、性能下降严重无法工程化的问题。


技术实现要素：

4.本技术为克服上述现有技术中的问题，本技术提供mimo同时发射方法、mimo雷达。
5.mimo同时发射方法，应用于mimo雷达中，所述mimo雷达设置有第一发射链路、至少一个的第二发射链路、以及至少一个接收链路；所述方法包括：
6.通过所述第一发射链路、所述第二发射链路同时分别发送第一发射信号、第二发射信号，其中，所述第二发射信号通过移相器以预设相位翻折频率进行调制；
7.所述接收链路接收第一发射信号、第二发射信号的混频回波信号，所述混频回波信号通过模数转换器采样后，进行快速傅里叶变换运算，对第一发射信号、第二发射信号的回波信号进行分离，其中，模数转换器的采样率和所述预设相位翻折频率的相匹配。
8.可选地，所述移相器为二进制移相器，且所述移相器将所述第二发射信号以预设相位翻转频率进行0
°
和/或180
°
翻转。
9.可选地，所述移相器通过寄存器配置、或通过预置的内部配置、或外部电平控制配置。
10.可选地，所述混频回波信号通过模数转换器采样后，进行快速傅里叶变换运算，对第一发射信号、第二发射信号的回波信号进行分离，包括：
11.通过所述模数转化器，将接收链路的混频回波信号的模拟信号转换为数字信号；
12.将采样后的混频回波信号进行快速傅里叶变换运算，生成快速傅里叶点数；
13.将快速傅里叶点数按照高低频率划分，划分为高频部分和低频部分，其中，所述低频部分为第一发射信号的回波信号，所述高频部分为第二发射信号的回波信号。
14.可选地，所述将快速傅里叶点数按照高低频率划分，划分为高频部分和低频部分，产生多余频率通过中频滤波器进行滤波。
15.可选地，所述模数转化器的采样率和所述预设相位翻折频率的相匹配，包括：
16.所述模数转化器的采样率为所述预设相位翻折频率的两倍。
17.可选地，所述模数转化器为滚降成型滤波器。
18.此外，本技术还公开了一种mimo雷达，包括上述的mimo同时发射方法，还包括波形发生器、移相器、模数转换器、快速傅里叶变换模块、第一发射链路、至少一个的第二发射链路、以及至少一个接收链路；
19.所述波形发生器与所述第一发射链路、第二发射链路连接，且波形发生器生成的连续波分别通过第一发射链路、第二发射链路分别发射第一发射信号、第二发射信号；
20.所述第二发射链路与移相器连接，以预设相位翻折频率对第二发射信号的相位进行调制；
21.所述接收链路依次与模数转换器、快速傅里叶变换模块连接，所述接收链路接收第一发射信号、第二发射信号的混频回波信号，所述混频回波信号通过模数转换器采样后，进行快速傅里叶变换运算，对第一发射信号、第二发射信号的回波信号进行分离。
22.可选地，所述mimo雷达为两发四收阵列天线。
23.与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术解决现有分时mimo方案导致的速度和角度测量结果耦合问题，并且能够作为可扩展的高性能雷达基础框架技术，在级联和超高分辨率雷达种在此基础上实现角度分辨率和精度、距离分辨率、速度不模糊范围、检测信噪比增益等全方面高性能雷达。
附图说明
24.图1为本技术实施例的mimo同时收发方法示意图。
25.图2为本技术实施例的第一发射信号、第二发射信号示意图。
26.图3为本技术实施例的接收链路示意图。
27.图4为本技术实施例的模数转换器采样图。
28.图5为本技术实施例的两发四收mimo雷达示意图。
具体实施方式
29.下面结合具体实施方式对本技术作进一步的说明。
30.本技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
31.此外，若有“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
32.在如图1所示的实施例中，本技术提供了mimo同时发射方法，应用于mimo雷达中，mimo雷达设置有第一发射链路、至少一个的第二发射链路、以及至少一个接收链路；本方法包括：100，通过第一发射链路、第二发射链路同时分别发送第一发射信号、第二发射信号，其中，第二发射信号通过移相器以预设相位翻折频率进行调制；200，接收链路接收第一发射信号、第二发射信号的混频回波信号，混频回波信号通过模数转换器采样后，进行快速傅里叶变换运算，对第一发射信号、第二发射信号的回波信号进行分离，其中，模数转换器的
采样率和预设相位翻折频率的相匹配。在本实施例中，模数转换器即进行adc采样的adc采样模块，快速傅里叶变换即fft运算，通过第二发射链路的移相器相位翻转的设计，配合模数转换器adc采样设计，在发射通道共用一个vco器件且发射连续波的情况下实现了在adc采样频率上的频分mimo。通过合理巧妙的利用移相器与adc的组合，本技术避免了常规同时mimo方案复杂正交波形设计和接收端匹配滤波运算量大的问题，发射端仅对移相器进行翻转配置，接收端直接使用原来的快速傅里叶变换模块操作即可。本技术易于实现，兼容现有硬件不需要额外对硬件提出要求，同时借助fft模块大大降低运算量，不需要后端软件额外处理操作，并且稳健性高，扩展性强，适用于不同收发通道数量的情况，可作为车载毫米波雷达实现全面高性能提升的基础框架技术。
33.在一些实施例中，移相器为二进制移相器，且移相器将第二发射信号以预设相位翻转频率进行0
°
和/或180
°
翻转。本技术的移相器为二进制移相器的0
°
和180
°
翻转实现发射端信号调制，对第二发射信号进行移相。
34.在一些实施例中，移相器通过寄存器配置、或通过预置的内部配置、或外部电平控制配置。在本实施例中，移相器可以通过寄存器配置、预置的内部配置、预置的内部配置中任一种方式进行配置，其中，本技术具体可采用外部电平控制，在工程实现中，以实现移相器快速翻转和系统电路带宽对快速翻转的限制解除。实现对移相器快速翻转。
35.在一些实施例中，混频回波信号通过模数转换器采样后，进行快速傅里叶变换运算，对第一发射信号、第二发射信号的回波信号进行分离，包括：通过模数转化器，将接收链路的混频回波信号的模拟信号转换为数字信号；将采样后的混频回波信号进行快速傅里叶变换运算，生成快速傅里叶点数；将快速傅里叶点数按照高低频率划分，划分为高频部分和低频部分，其中，低频部分为第一发射信号的回波信号，高频部分为第二发射信号的回波信号。将快速傅里叶点数按照高低频率划分，划分为高频部分和低频部分，产生多余频率通过中频滤波器进行滤波。模数转化器的采样率和预设相位翻折频率的相匹配，包括：模数转化器的采样率为预设相位翻折频率的两倍。在本实施例中，本技术的接收链路接收第一发射链路、第二发射链路的回波信号，在一个或多个接收链路设置混频器，将多个信号进行混频，生产混频回波信号，经adc采样信号进行fft运算，在数字频率上把fft后的点数划分为低频部分和高频部分，分别为tx1和tx2的发射信号。多余频率借助中频滤波器予以滤除。
36.在一些实施例中，本技术还公开了一种mimo雷达，包括上述的mimo同时发射方法，还包括波形发生器、移相器、模数转换器、快速傅里叶变换模块、第一发射链路、至少一个的第二发射链路、以及至少一个接收链路；波形发生器与第一发射链路、第二发射链路连接，且波形发生器生成的连续波分别通过第一发射链路、第二发射链路分别发射第一发射信号、第二发射信号；第二发射链路与移相器连接，以预设相位翻折频率对第二发射信号的相位进行调制；接收链路依次与模数转换器、快速傅里叶变换模块连接，接收链路接收第一发射信号、第二发射信号的混频回波信号，混频回波信号通过模数转换器采样后，进行快速傅里叶变换运算，对第一发射信号、第二发射信号的回波信号进行分离。mimo雷达为两发四收天线。在本实施例中，通过第二发射链路的移相器相位翻转的设计，配合模数转换器adc采样设计，在发射通道共用一个vco器件且发射连续波的情况下实现了在adc采样频率上的频分mimo。通过合理巧妙的利用移相器与adc的组合，本技术避免了常规同时mimo方案复杂正交波形设计和接收端匹配滤波运算量大的问题，发射端仅对移相器进行翻转配置，接收端
直接使用原来的快速傅里叶变换模块操作即可。本技术易于实现，兼容现有硬件不需要额外对硬件提出要求，同时借助fft模块大大降低运算量，不需要后端软件额外处理操作，并且稳健性高，扩展性强，适用于不同收发通道数量的情况，可作为车载毫米波雷达实现全面高性能提升的基础框架技术。
37.本技术原理是利用二进制移相器的0
°
和180
°
翻转实现第二发射信号进行调制，在接收链路对混频信号按照匹配频率采样后做fft处理，即可实现同时发射的两路信号在一个接收通道内的分离。
38.在如图5所示的实施例中，mimo雷达可以是设置有第一发射链路、第二发射链路、以及四个接收链路的雷达天线，对第二发射信号进行移相器配置，移相器配置为0
°
，等价于对信号乘以1，移相器配置为180
°
时信号翻转，相当于对信号乘以
‑
1，因此移相器对信号的初相以一定频率f0在0
°
和180
°
之间来回翻转时，等价于对信号乘以一个1
ꢀ‑
1 1
ꢀ‑1ꢀ…
的序列。当这个1
‑
1序列的翻转频率与adc采样率匹配时，即每个1和
‑
1的持续时间都对应一个采样点的采样间隔，此时在adc采样数字信号意义上，等价于采样信号乘以一个频率为的信号s0，f
s
为adc采样率。
39.因为信号s0的频率为是临界欠采样，而任意一个临界欠采样的点频信号采样以后的信号都可以等价为amp*[1
ꢀ‑
1 1
ꢀ‑1ꢀ…
]，amp是介于0和信号峰值之间的一个数。因此配置移相器以频率的频率翻转，则adc采样信号等价于乘以频率为的点频信号，也即在adc数字频域上把原信号频谱搬移所以两路发射信号在接收端的频谱相差即两路发射信号平分adc采样率的带宽。对接收信号做fft后，按照高低频率划分将fft点数分为两部分，高频率部分对应于一路发射信号，而低频率部分对应于另一路发射信号，此时即完成了同时发射信号的区分，即完成了同时mimo。
[0040]
具体地，第二发射链路的移相器以频率翻转，等价于第二发射信号的频率搬移参见图2，tx1为第一发射信号，tx2为第二发射信号。adc采样信号进行fft运算，对fft点数进行划分，并将多余频率借助中频滤波器予以滤除。其中，f
s
为可以为20mhz，参见图3，在数字频率上把fft后的点数划分为低频部分和高频部分，分别为tx1和tx2的发射信号。
[0041]
由于是固定频率的翻转，所以在外部控制管脚上接入对应频率的时钟信号即可实现移相器按照固定频率翻转的功能。由于相位翻转是瞬时切换，要求的理论带宽是无穷大，但在实际物理硬件电路中带宽总是有限的，因此实现时需要考虑有限带宽的影响。当采样率和相位翻转频率匹配时，adc采样本身成为滚降成型滤波器，参见图4，即将每个adc采样点看作一个码字，不需要信号在连续时间上一直保持质量好，只需要在每个采样点上信号是好的。因此采样率和翻转率匹配确保了有限带宽下相位翻转等效频率搬移的效果。
[0042]
显然，本技术的上述实施例仅仅是为清楚地说明本技术所作的举例，而并非是对本技术的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术权利要求
的保护范围之内。