一种雷达天线的排布结构及毫米波角雷达的目标测量方法与流程

1.本发明涉及雷达天线应用领域，具体涉及一种雷达天线的排布结构以及毫米波角雷达的目标测量方法。


背景技术：

2.作为自动驾驶领域最有希望率先落地的avp自动泊车技术的热度正水涨船高，成为新旧造车势力竞逐市场、夺取份额的重要筹码。旧一代avp系统大都采用“超声波雷达 摄像头”方案。和超声波雷达相比，毫米波雷达具有更高的环境适应性和距离分辨率、角度分辨率，可以帮助汽车更准确地的判断周围环境。
3.目前，已有不少厂商在原方案的基础上，搭载了数个毫米波角雷达，以实现avp功能。这就要求毫米波角雷达需要对道路目标的高度具有识别能力，如可以区分井盖、地锁、减速带等低处目标及天桥、路牌等高处目标。但是，目前毫米波角雷达大多只用单mmic(微波集成芯片)，收发端口数目有限，导致大多数角雷达不能同时兼顾俯仰和方位角的角度分辨率。


技术实现要素：

4.针对目前毫米波角雷达俯仰角度分辨率不足的问题，提出了一种可以兼顾方位和俯仰角测角能力的一种雷达天线的排布结构及毫米波角雷达的目标测量方法。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种雷达天线的排布结构，其包括发射天线和接收天线；所述发射天线包括沿第一方向排布的第一发射天线、第二发射天线和第三发射天线，任意两相邻发射天线沿第二方向的中心间距为0，沿第一方向的中心间距为d，d为0.5倍的工作波长；所述接收天线包括沿第一方向排布的第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线和第四接收天线，任意两相邻接收天线沿第一方向的中心间距为d；第一接收天线和第二接收天线沿第二方向的中心间距为dr12，第二接收天线和第三接收天线沿第二方向的中心间距为d23，第一接收天线和第四接收天线沿第二方向的中心距离为0，其中，dr12为1.5倍的工作波长，dr23为0.5倍的工作波长。
6.所述第一发射天线、第二发射天线和第三发射天线为形状相同的贴片天线。
7.所述第一发射天线、第二发射天线和第三发射天线为单列贴片天线，其由n个个阵元组成，其中，n≥8。
8.所述第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线和第四接收天线为形状相同的贴片天线。
9.所述第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线和第四接收天线为单列贴片天线，其由n个个阵元组成，其中，n≥8。
10.一种毫米波角雷达的目标测量方法，所述毫米波角雷达的天线采用如上所述的排
布结构，四个接收天线与三个接收天线配合，形成十二个虚拟天线，分别为与第一接收天线对应的ant1、ant2、ant3，与第四接收天线对应的ant4、ant5、ant6，与第三接收天线对应的ant7、ant8、ant9，与第四接收天线对应的ant10、ant11、ant12；所述方法包括以下步骤：步骤1、控制第一发射天线和第二发射天线同向发射，然后控制第一发射天线和第二发射天线反向发射；获取虚拟天线ant1、ant2、ant4、ant5、ant7、ant8、ant10、ant11接收的信号，并进行解码；步骤2、控制第二发射天线和第三发射天线同向发射，然后控制第二发射天线和第三发射天线反向发射；获取虚拟天线ant2、ant3、ant5、ant6、ant11、ant12接收的信号，并进行解码；步骤3、对十二个虚拟天线接收的信号进行fft处理，获取目标信息。
11.所述步骤3具体如下：将每个chirp的ad数据进行fft处理，得到一维fft数据，对一维fft数据筛选，得到目标的距离；将一维fft数据继续进行fft处理，得到二维fft数据，对二维fft数据进行筛选，得到目标的速度；将目标的每个虚拟天线对应的二维fft数据取出，按虚拟天线位置进行排列，对每行二维fft数据继续进行fft处理，得到三维fft数据，对三维fft数据进行筛选，得到目标的水平角度；取出每列的三维fft数据继续进行fft处理，得到四维fft数据，对四维fft数据进行筛选，得到目标的俯仰角度；结合目标距离、速度、水平角度和俯仰角度即可得到目标信息。
12.采用上述方案后，本发明采用了3tx 4rx天线阵列，其中4根接收天线阵列兼容垂直测角测高功能，3根发射天线阵列实现两两bpm（相位调制） mimo（多发多收）功能，从而提高发射功率，减少兼容垂直测角测高的功率损失，因此兼容水平测角测距、垂直测角功能得以实现，运用场景将增大，例如运用于avp场景。其中，4根接收天线，运用到其中3根接收天线作为测高天线，进一步提高天线抗噪能力，并运用三维fft及四维fft处理测角，进一步提高角度精度，从而使得探测较低或者较高障碍物更加准确，最终得到准确的目标测量信息。
附图说明
13.图1为本发明雷达天线排布结构示意图；图2为本发明虚拟天线排布示意图；图3为本发明目标测量方法的流程示意图；图4为本发明俯仰角计算流程图；图5为雷达水平fov覆盖角度示意图。
具体实施方式
14.如图1所示，本发明揭示了一种雷达天线的排布结构，其包括发射天线和接收天线。其中，发射天线包括沿第一方向排布的第一发射天线、第二发射天线和第三发射天线，任意两相邻发射天线沿第二方向的中心间距为0，沿第一方向的中心间距为d，d为0.5倍的
工作波长。接收天线包括沿第一方向排布的第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线和第四接收天线，任意两相邻接收天线沿第一方向的中心间距为d；第一接收天线和第二接收天线沿第二方向的中心间距为dr12，第二接收天线和第三接收天线沿第二方向的中心间距为d23，第一接收天线和第四接收天线沿第二方向的中心距离为0，其中，dr12为1.5倍的工作波长，dr23为0.5倍的工作波长。
15.上述第一发射天线、第二发射天线和第三发射天线为形状相同的贴片天线，且每个发射天线只有一列，由n个（n≥8）阵元组成天线的形状并不局限于矩形贴片，也可以是缝隙、梳状等形状。第一发射天线、第二发射天线和第三发射天线为与发射天线结构相同，均为单列贴片天线，其由n个（n≥8）阵元组成。
16.四个接收天线与三个接收天线配合，形成十二个虚拟天线，分别为与第一接收天线对应的ant1、ant2、ant3，与第四接收天线对应的ant4、ant5、ant6，与第三接收天线对应的ant7、ant8、ant9，与第四接收天线对应的ant10、ant11、ant12。12个虚拟天线的排布图如图2所示。
17.基于以上雷达天线的排布结构，本发明还揭示了一种毫米波角雷达的目标测量方法，如图3所示，目标测量方法具体包括以下步骤：步骤1、控制第一发射天线和第二发射天线同向发射，然后控制第一发射天线和第二发射天线反向发射；获取虚拟天线ant1、ant2、ant4、ant5、ant7、ant8、ant10、ant11接收的信号，并进行解码；步骤2、控制第二发射天线和第三发射天线同向发射，然后控制第二发射天线和第三发射天线反向发射；获取虚拟天线ant2、ant3、ant5、ant6、ant11、ant12接收的信号，并进行解码；步骤3、对十二个虚拟天线接收的信号进行fft处理，获取目标信息。
18.具体如图4所示，将每个chirp的ad数据进行fft处理，得到一维fft数据，对一维fft数据筛选，得到目标的距离。
19.将一维fft数据继续进行fft处理，得到二维fft数据，对二维fft数据进行筛选，得到目标的速度。
20.将每个虚拟天线对应的二维fft数据取出，按虚拟天线位置进行排列，对每行二维fft数据继续进行fft处理，得到三维fft数据，对三维fft数据进行筛选，得到目标的水平角度；本实施例中，采用虚拟天线ant1、ant2、ant3、ant4、ant5、ant6对应的三维fft求取目标的水平角度。
21.取出每列的三维fft数据继续进行fft处理，得到四维fft数据，对四维fft数据进行筛选，得到目标的俯仰角度。在获取目标俯仰角度时可以利用在同一列的虚拟天线ant3、ant8、ant10或者ant4、ant9、ant11对应的四维fft数据。
22.结合目标距离、速度、水平角度和俯仰角度即可得到目标信息。
23.水平测角采用bpm mimo技术，第一发射天线tx1与第二发射天线tx2同向发射时，天线的eirp（等效全向辐射功率）相对单列发射天线可以提高6db左右；第一发射天线tx1与第二发射天线tx2反向发射时，可以有效增加天线fov，可以大大增加雷达的探测距离和水平fov，水平fov如图5所示。角雷达安装在汽车后角位置，水平安装角度
±
45
°
（雷达法线与车辆前行方向夹角），完全满足rcta以及lca要求的角度范围。
24.综上，本发明采用了3tx 4rx天线阵列，其中4根接收天线阵列兼容垂直测角测高功能，3根发射天线阵列实现两两bpm（相位调制） mimo（多发多收）功能，从而提高发射功率，减少兼容垂直测角测高的功率损失，因此兼容水平测角测距、垂直测角功能得以实现，运用场景将增大，例如运用于avp场景。其中，4根接收天线，运用到其中3根接收天线作为测高天线，进一步提高天线抗噪能力，并运用三维fft及四维fft处理测角，进一步提高角度精度，从而使得探测较低或者较高障碍物更加准确，最终得到准确的目标测量信息。
25.以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。