检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统的制作方法

检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统
相关申请的交叉引用
1.本技术根据35u.s.c.119(e)要求于2021年1月29日提交的美国临时申请第63/143,428号的权益，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。


背景技术：

2.雷达系统使用天线发射和接收电磁(em)信号，以用于检测和跟踪对象。在汽车应用中，雷达系统在动态环境中操作，该动态环境可导致em信号具有多路径反射。当em信号遇到反射表面(例如，墙壁、障碍物、围栏、护栏、半卡车、汽车)时，可发生多路径反射；多路径反射导致所发射的em信号的出发方向(dod)与对应的所反射的em信号的到达方向(doa)不同。如果dod不等于doa，则多输入和多输出(mimo)雷达系统通常无法生成合成阵列，该合成阵列为雷达系统提供具有比对应的物理阵列更大的孔径的虚拟阵列。


技术实现要素：

3.本文档描述了使雷达系统能够检测双静态(bistatic)和单静态(monostatic)场景中的角度的技术和系统。在一些示例中，一种用于安装在交通工具上的雷达系统包括至少一个处理器。处理器被配置成用于：获得由交通工具的环境中的一个或多个对象反射的em能量，并基于反射的em能量生成二维(2d)数据矩阵。2d数据矩阵具有与发射器阵列中的天线元件的数量相对应的行数以及与接收器阵列中的天线元件的数量相对应的列数。使用2d数据矩阵，处理器可以确定单静态和双静态场景的doa估计和dod估计。通过将doa估计与dod估计进行比较，处理器可以确定与每个对象相关联的角度。以这种方式，所描述的技术和系统可以使雷达系统能够利用提供改进的角分辨率和降低的成本的虚拟阵列来检测与单静态和双静态场景中的对象相关联的角度。
4.本文档还描述了由以上总结的系统和在本文中阐述的雷达系统的其他配置来执行的方法、以及用于执行这些方法的装置。
5.本发明内容介绍了与使雷达系统能够检测双静态和单静态场景中的角度相关的简化概念，并在具体实施方式和附图中进一步描述了该简化概念。本发明内容并非旨在标识出要求保护的主题的必要特征，也并非旨在用于确定要求保护的主题的范围。
附图说明
6.在本文档中参考以下附图描述了检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统的一个或多个方面的细节。贯穿附图通常使用相同的数字来引用相似的特征和部件：图1示出了根据本公开的技术的雷达系统可以检测双静态和单静态场景中的角度的示例环境；图2示出了根据本公开的技术的具有可以检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统的交通工具遇到的不同检测状况；图3-1示出了具有天线元件的物理阵列的、用于可以检测双静态和单静态场景中
的角度的雷达系统的示例天线；图3-2示出了具有天线元件的物理阵列和合成阵列的、用于可以检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统的示例天线；图4示出了所描述的用于检测双静态和单静态场景中的角度的技术和系统的示例流程图；图5示出了由所描述的用于检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统生成的示例2d数据矩阵；以及图6示出了雷达系统检测双静态和单静态场景中的角度的示例方法。
具体实施方式
概述
7.雷达系统可以被配置为一种重要的感测技术，基于交通工具的系统可以使用该感测技术来获取有关周围环境的信息。例如，基于交通工具的系统可以使用雷达系统来检测道路中或道路附近的对象，并在必要时采取必要的行动(例如，降低速度、改变车道)以避免碰撞。
8.雷达系统通常包括至少两个天线来发射和接收em辐射。一些汽车雷达系统在拥挤的多路径环境中操作多输入和多输出(mimo)雷达，以获得对附近对象的可靠检测。当反射表面(例如，墙壁、围栏、障碍物、护栏、另一交通工具)反射em信号时，可发生多路径反射。多路径环境可导致若干场景，包括直接路径反射、双静态反射、和双向多路径反射。当发射的em信号和反射的em信号直接在雷达系统与对象之间行进时，发生直接路径反射。直接路径场景提供雷达系统和对象之间的最短距离。
9.相比之下，当发射或反射采用多条轨迹或路径在对象和雷达系统之间行进时，发生双静态反射或场景。当发射的em信号和接收的em信号两者各自采用多条路径在对象和雷达系统之间行进时，发生双向多路径反射。与直接路径场景一样，双向多路径场景是单静态的，因为dod与doa相同。
10.在双静态场景期间，雷达检测通常不能用作可靠的指标，例如，以检测雷达系统视场中的对象。在双静态场景中，雷达反射的doa不等于对应的dod。dod与doa之间的不匹配可能违反一些mimo雷达系统形成合成阵列的必要条件。换言之，双静态场景可掩盖反射对象的位置，这使得确定雷达距离和距离变化率变得困难。
11.汽车雷达系统经常使用mimo雷达系统来提高角分辨率。在mimo中，雷达系统和/或处理器形成具有比对应物理阵列更大孔径的合成均匀线性阵列(ula)(也称为“合成阵列”)。例如，雷达系统可以使用mimo配置雷达收发器的八个物理通道(例如，两个发射通道和六个接收通道)，以提供十二个通道或大于物理通道数量的另一数量的通道。利用附加的通道，mimo雷达系统可以以提高的角分辨率操作，这依赖于价格低廉且硬件部件可能比传统的非mimo雷达系统更少的灵活的物理布局。
12.然而，如果dod与doa相同，则雷达系统通常可仅使用mimo形成合成阵列。如果存在双静态场景，则dod不等于doa。因此，雷达检测无法轻易地被映射到合成阵列的对应天线元件，从而导致使用mimo技术检测和跟踪对象时出现错误。dod-doa不匹配也可导致计算资源饱和或过度消耗。在最好的情况下，饱和可能只是延迟雷达系统输出；在最坏的情况下，输
出包括由于错误映射周围环境而造成的错误，这可导致汽车系统或交通工具的操作者以不安全的方式驾驶，例如，驾驶得离未被准确跟踪的对象太近，或通过在交通工具和对象之间留出夸张的缓冲区来过于谨慎地操作交通工具。
13.一些雷达系统使用极化(polarimetric)天线、天线元件之间的受限间距和/或多个数据快照来解决双静态场景。例如，一些雷达系统使用极化天线来分析双静态场景。通常，只有在目标已知的情况下，这些系统才可准确地将单静态场景与双静态场景区分开。这些系统还依赖于更昂贵的极化天线。其他雷达系统只能使用多个数据快照(例如，超过一百个快照)并且针对发射器阵列和接收器阵列两者使用一半发射波长(例如，0.5λ)的天线间距，来将双静态场景与单静态场景区分开。由于汽车雷达系统在交通工具移动时生成单个快照，因此此类系统通常不适用于汽车应用。这些系统还需要相对大量的天线元件来提高角分辨率。
14.相比之下，本文档描述了提供可以检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统的技术和系统。例如，雷达系统可以包括发射器阵列和接收器阵列。发射器阵列包括第一数量的天线元件。接收器阵列包括第二数量的天线元件。发射器阵列和接收器阵列两者的天线元件可以分别均匀地间隔开第一和第二距离。雷达系统可以使用具有第一数量的行和第二数量的列的二维(2d)数据矩阵来确定doa估计和dod估计。雷达系统随后可以通过将doa估计与dod估计进行比较来确定与检测到的对象相关联的角度。以这种方式，所描述的系统和技术可以利用mimo技术来减少天线元件的数量，同时保持可以以其他方式使用合成阵列实现的角分辨率。雷达系统可用于汽车雷达应用中，作为低成本且计算效率高的解决方案，没有混叠(aliasing)且仅需要单个快照。
15.该示例只是可以检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统的所描述的技术和系统的一个示例。本文档描述了其他的示例和实现。操作环境
16.图1示出了根据本公开的技术的雷达系统102可以检测双静态和单静态场景中的角度的示例环境100。在所描绘的环境100中，雷达系统102被安装到在道路116上行驶的交通工具104或被集成在在道路106上行驶的交通工具102内。在视场内，雷达系统102可以检测到交通工具104附近或周围的一个或多个对象120。雷达系统102发射具有出发方向(dod)128的雷达信号，并预期接收具有到达方向(doa)134的对应雷达反射。
17.雷达系统102可以检测交通工具104的附近区域中的一个或多个对象120。尽管示出为载客卡车，但是交通工具104可以表示其他类型的机动交通工具(例如，轿车、汽车、摩托车、公共汽车、拖拉机、半挂车)、非机动交通工具(例如，自行车)、有轨交通工具(例如，火车)、水运工具(例如，船只)、飞行器(例如，飞机)、或航天器(例如，卫星)。通常，制造商可以将雷达系统102安装到任何移动平台，包括移动机械或机器人设备。
18.在所描绘的实现中，雷达系统102被安装在交通工具104的前部上并照射对象120。雷达系统102可从交通工具104的任何外表面检测对象120。例如，交通工具制造商可以将雷达系统102集成到保险杠、侧视镜、前灯、尾灯、或对象120需要检测的任何其他内部位置或外部位置中。在一些情况下，交通工具104包括多个雷达系统102，诸如提供更大仪器视场的第一雷达系统102和第二雷达系统102。一般而言，交通工具制造商可以将一个或多个雷达系统102的位置设计成提供包含感兴趣区域的特定视场。示例视场包括360度视场、一个或
多个180度视场、一个或多个90度视场等，它们可重叠或被组合成特定尺寸的视场。
19.对象120由反射雷达信号的一种或多种材料构成。取决于应用，对象120可表示感兴趣的目标。在一些情况下，对象120可以是移动对象(例如，另一交通工具)或静止对象(例如，路边标志、道路障碍物、碎片)。取决于应用，对象120可以表示感兴趣的目标，交通工具104可以根据该感兴趣的目标在道路116上安全地导航。
20.雷达系统102通过经由天线元件发射em信号或波形，来发射em辐射。在环境100中，雷达系统102可以通过发射和接收一个或多个雷达信号来检测和跟踪对象120。例如，雷达系统102可以发射在一百到四百千兆赫(ghz)之间、在四到一百ghz之间、或者在大约七十和八十ghz之间的em信号。
21.雷达系统102可以是mimo雷达系统并且依靠ula将反射的em信号匹配到对应的对象。雷达系统102也可以操作为不依赖于动态mimo技术的传统雷达系统。雷达系统102可以包括用于发射em信号的发射器106。雷达系统102还可以包括用于接收em信号的反射版本的接收器108。发射器106包括一个或多个部件，包括天线或天线元件，用于发射em信号。接收器108包括一个或多个部件，包括天线或天线元件，用于检测反射的em信号。发射器106和接收器108可以一起并入同一集成电路(例如，收发器集成电路)上或分开地并入不同的集成电路上。在其他实现中，雷达系统102不包括分开的天线，但是发射器106和接收器108各自包括一个或多个天线元件。
22.雷达系统102还包括一个或多个处理器110(例如，能量处理单元)和计算机可读存储介质(crm)112。处理器110可为微处理器或片上系统。处理器110可以执行存储在crm 112中的指令。例如，处理器110可以处理由接收器108接收的em能量并且使用角度测定(angle-finding)模块114来确定对象120相对于雷达系统102的位置。处理器110还可以检测对象120的各种特征(例如，距离、目标角度、距离变化率、速度)。处理器110还可以为至少一个汽车系统生成雷达数据。例如，处理器110可以基于来自接收器108的经处理的em能量来控制交通工具104的自主或半自主驾驶系统。
23.角度测定模块114获得由接收器108接收的em能量并确定与对象120相关联的角度。雷达系统102可以将角度测定模块114实现为crm 112中的指令、由处理器112所执行的硬件、软件、或它们的组合。
24.雷达系统102可基于em信号从雷达系统102行进到对象120以及从对象120回到雷达系统102所花费的时间，来确定到对象120的距离。雷达系统102还可以使用角度测定模块114，根据基于由雷达系统102接收到的一个或多个大振幅回波信号的方向的出发方向(dod)128和到达方向(doa)134，来确定对象120的位置。
25.作为示例环境，图1示出了交通工具104在道路116上行驶。反射表面118在道路116附近或在道路116中。反射表面118可以是墙壁、护栏、围栏、建筑物或另一交通工具。雷达系统102检测在交通工具104前方的对象120。雷达系统102可限定坐标系，所述坐标系具有x轴122(例如，在沿道路116的前进方向上)和y轴124(例如，垂直于x轴122且沿道路116的表面)。雷达系统102的发射器106可以在交通工具104前方发射em信号126。对象120可以将发射的em信号126反射为反射的em信号130。反射的em信号130可以直接行进返回到雷达系统102或被反射表面118反射为反射的em信号132。
26.反射的em信号132可以被雷达系统102的接收器108接收。雷达系统102的角度测定
模块114可以根据dod 128和doa 134定位对象120。dod 128和doa 134可以表示从x轴122到对象120的水平角。在所描绘的场景中，dod 128不等于doa 134，并且存在双静态场景。在其他场景中，发射的em信号126被直接反射回到雷达系统102(例如，直接路径反射)，并且dod 128大致等于doa 134。在又其他场景中，发射的em信号126被反射表面118反射，并且随后被对象120反射。反射的em信号130随后在被雷达系统102接收之前被反射表面118反射。在这种双向多路径反射中，dod 128大致等于doa 134。
27.交通工具104还可以包括依赖于来自雷达系统102的数据的至少一个汽车系统，诸如驾驶员辅助系统、自主驾驶系统、或半自主驾驶系统。雷达系统102可包括与依赖于数据的汽车系统相接的接口。例如，处理器110经由该接口输出基于由接收器108接收的em能量的信号。
28.通常，汽车系统使用由雷达系统102提供的雷达数据来执行功能。例如，驾驶员辅助系统可提供盲点监测并生成警报，该警报指示与由雷达系统102检测到的对象120的潜在碰撞。在此类实现中，来自雷达系统102的雷达数据指示改变车道何时是安全或不安全的。自主驾驶系统可以将交通工具104移动到道路116上的特定位置，同时避免与由雷达系统102检测到的对象120发生碰撞。由雷达系统102提供的雷达数据可以提供与到对象120的距离和对象110的位置有关的信息，以使自主驾驶系统能够执行紧急制动、执行车道改变、或调整交通工具104的速度。
29.图2示出了由具有可以根据本公开的技术检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统102的交通工具104遇到的不同检测状况200-1、200-2、200-3和200-4。一个或多个对象120可以相对于交通工具104处于不同的位置。在交通工具104的右侧，存在反射面118(例如，护栏、栏杆、建筑区域边界、围栏、另一交通工具)。雷达系统102通过发射具有dod 202-1、dod 202-2、dod 202-3或dod 202-4的辐射并接收具有doa 204-1、doa 204-2、doa 204-3或doa 204-4的反射信号，来检测一个或多个对象120。
30.在检测状况200-1中，存在针对雷达信号的直接路径发射和反射的单静态场景。雷达系统102以dod 202-1发射发射的辐射或雷达信号。对应的反射辐射或返回雷达信号被对象120以doa 204-1反射到交通工具104。角度测定模块114可以确定doa 204-1和dod 202-1相等，因此在交通工具104前方不存在双静态场景。所发射的辐射的距离(range)或长度等于所反射的辐射的距离或长度。传播路径的总距离或长度也是尽可能短的。
31.在检测状况200-2中，存在针对雷达信号的直接路径发射和多路径反射的双静态场景。雷达系统102以dod 202-2发射发射的辐射或雷达信号。对应的反射辐射或返回雷达信号被对象120和反射表面118以doa 204-2反射到交通工具104。角度测定模块114可以确定doa 204-2和dod 202-2不相等，因此在交通工具104前方存在双静态场景。所发射的辐射的距离或长度不等于所反射的辐射的距离或长度。
32.在检测状况200-3中，存在针对雷达信号的多路径发射和直接路径反射的双静态场景。雷达系统102向反射表面118以dod 202-2发射发射的辐射或雷达信号。对应的反射辐射或返回雷达信号被对象120以doa 204-3反射到交通工具104。角度测定模块114可以确定doa 204-3和dod 202-3不相等，因此在交通工具104前方存在双静态场景。所发射的辐射的距离或长度不等于所反射的辐射的距离或长度。检测状况200-2和200-3中的双静态场景的雷达信号行进相同的路径但方向相反。在两种双静态场景中，传播路径的总距离或长度是
相等的。检测状况200-2和200-3的总距离比检测状况200-1的总距离更长，但比检测状况200-4的总距离更小。
33.在检测状况200-4中，存在针对雷达信号的多路径发射和反射的单静态场景。雷达系统102向反射表面118以dod 202-4发射发射的辐射或雷达信号。对应的反射辐射或返回雷达信号被对象120和反射表面118以doa 204-4反射到交通工具104。角度测定模块114可以确定doa 204-4和dod 202-4相等，因此在交通工具104前方不存在双静态场景。所发射的辐射的距离或长度等于所反射的辐射的距离或长度。传播路径的总距离或长度可能是检测状况200-1至200-4中最长的。
34.所描述的雷达系统102和角度测定模块114可以对检测状况200-1到200-4中的一个或多个对象120执行对象检测。多路径反射的多普勒速度估计可以取决于交通工具104(例如，主交通工具)的速度、对象120的速度、和反射表面118的速度。例如，当反射面118是静止的时(例如，墙壁、围栏、护栏)，直接路径检测状况200-1具有最大的绝对多普勒速度，而双向多路径检测状况200-4具有最小的绝对多普勒速度。检测状况200-2和200-3中的双静态场景具有相同的多普勒速度，其绝对值在检测状况200-1与检测状况200-4的多普勒速度的绝对值之间。作为另一示例，如果反射表面118是移动的(例如，移动的交通工具)，则检测状况200-2和200-3的多普勒速度估计是相同的。
35.角度测定模块114可以在距离-多普勒检测(range-doppler detection，rdd)中找到三个能量簇，包括直接路径检测、双静态场景和双向多路径检测。角度测定模块114可以使用距离-多普勒信息来将双静态场景(例如，检测状况200-2和200-3)与单静态场景(例如，检测状况200-1和200-4)区分开。双静态场景落入同一距离-多普勒仓(bin)中。
36.在距离-多普勒处理之后，角度测定模块114可以通过在该同一距离-多普勒仓中考虑多达三个角目标来解决以下两种场景。首先，dod(例如，dod 202-1和dod 202-4)和doa(例如，doa 204-1和doa 204-4)相等的单静态场景。在该场景中，角度测定模块114可以通过形成大的合成阵列来在没有混叠的情况下估计出doa。第二，dod(例如，dod 202-2和dod 202-3)和doa(例如，doa 204-2和doa 204-3)不相等的双静态场景。在该场景中，角度测定模块114可以在没有混叠的情况下估计出dod和doa。在双静态场景中，同一距离-多普勒仓中存在两个角目标，它们共享相同的传播路径，但方向相反。对于检测状况200-2，dod 202-2是第一角度206，θ1，并且doa 204-2是第二角度208，对于检测状况200-3，dod 202-3是第三角度212，θ2，并且doa 204-3是第四角度210，因为传播路径相同，所以第一角度206，θ1，等于第四角度210，并且第二角度208，等于第三角度212，θ2。
37.图3-1示出了具有天线元件306的物理阵列的、用于可以检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统的示例天线300-1。例如，雷达系统可以是图1和图2的雷达系统102。在所描绘的实现中，天线300-1包括可以分别对应于图1的发射器106和接收器108的发射器阵列302和接收器阵列304。
38.发射器阵列302是均匀线性阵列(ula)，其包括具有发射器间距d
t
308的n
t
个天线元件306。在所描绘的实现中，发射器阵列302包括五个天线元件306(例如，n
t
等于五)。在其他实现中，发射器阵列302还可以包括附加的或更少的天线元件306。
39.接收器阵列304也是ula，其包括具有接收器间距d
r 310的nr个天线元件306。在所描绘的实现中，接收器阵列304包括七个天线元件306(例如，nr等于七)。在其他实现中，接
收器阵列304还可以包括附加的或更少的天线元件306。
40.发射器间距d
t
308和接收器间距d
r 310可以是0.5λ的倍数，其中λ是所发射的em辐射的波长。发射器间距308和接收器间距310可以使用等式(1)和等式(2)表示：d
t
＝m
t
×
0.5λ
ꢀꢀꢀꢀ
(1)dr＝mr×
0.5λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中且对于所描述的雷达系统，m
t
和mr满足针对去混叠(de-aliasing)的以下要求中的任一个：(1)m
t
或mr等于1；或(2)m
t
和mr互质(例如，m
t
和mr没有除了1以外的公因数)。
41.天线300-1支持mimo雷达系统并且可以依靠发射器阵列302的ula和接收器阵列304的ula来将雷达回波匹配到对应的信号。在其他实现中，雷达系统可以操作为不依赖于动态mimo技术的传统雷达系统。
42.在所描绘的实现中，发射器阵列302和接收器阵列304被定位在方位角方向上。在其他实现中，发射器阵列302和接收器阵列304可以被定位在仰角方向或另一方向上。
43.发射器阵列302和接收器阵列304可以是提供高增益和低损耗的平面阵列。平面阵列由于其小尺寸，非常适合交通工具集成。例如，天线元件306可以是在一个pcb表面的电镀材料中蚀刻或以其他方式形成的槽，以用于基板集成波导(siw)天线。天线元件306还可以是孔径天线、微带天线或偶极子天线的部分。例如，发射器阵列302和接收器阵列304可以包括贴片元件的子阵列(例如，微带贴片天线子阵列)或偶极子元件。
44.图3-2示出了具有天线元件的物理阵列和合成阵列的、用于可以检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统的另一示例天线300-2。例如，雷达系统可以是图1和图2的雷达系统102。在所描绘的实现中，天线300-2包括可以分别对应于图1的发射器106和接收器108的发射器阵列312和接收器阵列314。
45.在所描绘的实现中，发射器阵列312包括三个天线元件306(例如，n
t
等于3)，其中发射器间距d
t
316等于2.0λ。接收器阵列314包括四个天线元件306(例如，nr等于四个)，其中接收器间距d
r 318等于1.5λ。对于发射器阵列312和接收器阵列314，m
t
和mr等于四和三。雷达系统可以生成天线元件306的最小间距等于0.5λ的合成阵列320，从而允许由角度测定模块114进行的角度估计覆盖-90度到90度。
46.合成阵列320包括n
t
nr个天线元件306。在所描绘的实现中，合成阵列320包括12个天线元件306(例如，四
×
三)。合成阵列320的天线元件306间隔开1.5λ、1.0λ或0.5λ。
47.图4示出了所描述的用于检测双静态和单静态场景中的角度的技术和系统的示例流程图400。图4的雷达系统可以例如是图1的雷达系统102，其包括角度测定模块114。雷达系统102包括发射器阵列302，发射器阵列302具有间隔开发射器间距d
t 308的n
t
个天线元件306。雷达系统102还包括接收器阵列304，接收器阵列304具有间隔开接收器间距d
r 310的nr个天线元件306。雷达数据中的通道总数包括n
t
nr个通道。
48.在402处，角度测定模块114将雷达数据的波束矢量重新整形(reshape)为2d数据矩阵(例如，图5的2d数据矩阵500)。具体地，角度测定模块114或处理器110接收雷达数据作为n
t
nr×
1波束矢量。角度测定模块114将该波束矢量重新整形为n
t
×
nr数据矩阵。角度测定模块114可以使用2d数据矩阵的水平维度，以便使用具有接收器间距d
r 310的ula来测量doa角相位。角度测定模块114还可以使用2d数据矩阵的垂直维度，以便使用具有接收器间
距d
t 308的ula来测量dod角相位。
49.在404处，角度测定模块114对2d数据矩阵执行2d角相位估计以估计dod相位和doa相位。角度测定模块114可以使用以下各项中的至少一项来执行角相位估计：2d单一的经由旋转不变技术的信号参数估计(esprit)、2d多信号分类(music)、或基于二维快速傅里叶变换(fft)波束成形的函数。角度测定模块114也可以使用其他2d角相位估计方法。dod角相位可以被表示为μ，并且doa角相位可以被表示为ν。如果雷达系统102检测到多个角目标，则角度测定模块114可以将第i个目标的联合dod和doa相位估计表示为(μi,νi)，其中
–
π≤μi≤π并且
–
π≤νi≤π。在一些实现中，角度测定模块114将在同一距离-多普勒仓内考虑的角目标的数量限制为三个，因此i＝1、2或3。
50.角度测定模块114可以将dod表示为θ并且将doa表示为对于第i个目标，其dodθi与dod相位μi之间的数学关系可以用等式(3)表示：其中其与dod相位νi之间的数学关系可以用等式(4)表示：其中
51.对于dod估计，角度测定模块114使用发射器间距308d
t
来估计角度。考虑发射器间距308等于m
t
×
0.5λ。如果m
t
等于1，则角度估计可以覆盖-90
°
到90
°
而没有混叠。发射器间距可大于0.5λ，以提高角分辨率。在这种情况下，dod估计θ可以包括若干个可能的角度。角度测定模块114可以估计角相位μ，并且随后使用等式(5)计算角度θ：其中并且d
t
＝m
t
×
0.5λ
ꢀꢀ
(5)当m
t
等于1时，θ在-90
°
到90
°
之间存在一个解。当m
t
大于或等于2时，θ在-90
°
到90
°
之间存在m
t
个候选解。
52.角度测定模块114可以类似地确定doa估计。对于doa估计，角度测定模块114使用接收器间距308dr来估计角度。考虑接收器间距等于mr×
0.5λ。接收器间距也可大于0.5λ，以提高角分辨率。在这种情况下，doa估计可以包括若干个可能的角度。角度测定模块114可以估计角相位ν，并且随后使用等式(6)计算角度以估计角相位ν，并且随后使用等式(6)计算角度其中并且dr＝mr×
0.5λ
ꢀꢀꢀ
(6)因为mr通常大于或等于2，因此对于在-90
°
到90
°
之间有mr个候选解。
53.角度测定模块114可以组合用于doa相位估计和dod相位估计的信息以执行去混叠(例如，角度展开(unfolding))。然而，角度测定过程可取决于检测到的对象的数量。
54.在406处，角度测定模块114确定目标或对象的数量。例如，角度测定模块可以使用赤池信息准则(akaike information criterion，aic)和最小描述长度(minimum description length，mdl)来估计对象的数量。
55.在408处，如果角度测定模块114将目标的数量估计为一个或三个，则存在单静态场景(例如，图2的检测状况200-1或200-4)，并且角度测定模块114估计doa并展开角度估计
412。在410处，角度测定模块114可以将双静态标志或指示符f
双静态
设置为假。在单静态场景中，dodθ大致等于对于第i个2d角相位估计(μi,νi)，μi和νi是来自同一角度但通过不同天线间距(例如，发射器间距d
t
和接收器间距dr)测量的相位估计。
56.角度测定模块114通过将基于d
t
和dr的可能模糊估计进行比较来执行角度展开。对μi使用等式(5)，角度测定模块114将θi展开到m
t
个区间，从而得到在-90
°
到90
°
之间的m
t
个候选角度对νi使用等式(6)，角度测定模块114将展开到mr个区间，从而得到在-90
°
到90
°
之间的mr个候选角度在该场景汇总，角度测定模块114找到集合与之间的匹配或重叠，该匹配或重叠表示没有混叠的第i个角目标或对象的角度412。角度测定模块114还可以考虑噪声和测量变化，以确定两个候选角度集合之间的最接近匹配并确定角度412。匹配误差可以指示角度412的准确度。
57.如果对象的数量等于三个，则角度测定模块114可以针对每个角度检测重复操作408。
58.在414处，如果角度测定模块114将对象的数量估计为两个，则可能存在单静态场景或双静态场景。在该场景中，角度测定模块114估计doa并展开在两个潜在场景下的角度估计420和428。角度测定模块114随后可以使用来自两个角度估计420和428的匹配误差来确定哪个场景适用。
59.针对单静态场景假设，dodθ等于对于两个2d角相位估计(μ1,ν1)和(μ2,ν2)，角度测定模块114可以使用参照单静态场景的操作408描述的doa估计过程并记录相应的匹配误差。
60.对于双静态场景假设，角度测定模块114针对两个2d角相位估计(μ1,ν1)和(μ2,ν2)考虑双静态几何结构。考虑μ1和ν2是来自角度α(例如，分别来自检测状况200-2或200-3的角度206或角度210)的相位估计。相位估计μ1和ν2分别通过天线间距d
t
和dr测量。同样，考虑μ2和ν1是来自角度β(例如，分别来自检测状况200-2或200-3的角度212或角度208)的相位估计。相位估计μ2和ν1分别通过天线间距d
t
和dr测量。对于每对相位估计，角度测定模块114可以通过将来自d
t
和dr的可能模糊角度估计进行比较来执行角度展开。
61.对于对μ1和ν2，角度测定模块114可以对μ1使用等式(5)并将θ1展开到m
t
个区间，从而得到在-90
°
到90
°
之间的m
t
个候选角度角度测定模块114可以对ν2使用等式(6)并将展开到mr个区间，从而得到在-90
°
到90
°
之间的mr个候选角度角度测定模块114可以找到集合与集合之间的最接近匹配作为对角度α的估计而没有混叠。角度测定模块114还确定该估计的匹配误差。
62.对于对μ2和ν1，角度测定模块114可以对μ2使用等式(5)并将θ2展开到m
t
个区间，从而得到在-90
°
到90
°
之间的m
t
个候选角度角度测定模块114可以对ν1使用等式(6)并将展开到mr个区间，从而得到在-90
°
到90
°
之间的mr个候选角度
角度测定模块114可以找到集合与集合之间的最接近匹配作为对角度β的估计而没有混叠。角度测定模块114还确定该估计的匹配误差。
63.在416处，角度测定模块114将双静态状况假设的匹配误差与预定阈值进行比较。如果匹配误差小于预定阈值，则角度测定模块114在418处将双静态标志或指示符f
双静态
设置为假。并且角度估计420是从单静态场景假设输出的。
64.如果匹配误差大于预定阈值，则角度测定模块114在422处执行交叉匹配以估计联合dod和doa并展开角度。在交叉匹配中，角度测定模块114将μ1和ν2用作一对以用于展开，同时将μ2和ν1用作一对以用于使用等式(5)和(6)展开。
65.在424处，如果交叉匹配的匹配误差小于从直接匹配获得的匹配误差，则角度测定模块114在操作426处将双静态标志或指示符f
双静态
设置为真，并将来自此交叉匹配的展开结果输出为角度估计428。否则，角度测定模块114输出来自直接匹配操作的展开结果。
66.在另一实现中，角度测定模块114将单静态场景假设和双静态场景假设之间的匹配误差进行比较。较小的匹配误差指示真实的假设和对应的角度估计。
67.所描述的角度测定模块114的技术和系统允许雷达系统102确定双静态和单静态场景中的角度。可以在没有混叠的情况下并且在单个数据快照的情况下确定与一个或多个对象120相对应的角度估计。此外，雷达系统102可以使用稀疏的发射器和接收器阵列(例如，天线元件的间距大于0.5λ)来增大阵列的孔径而无需附加的天线元件。
68.图5示出了由所描述的用于检测双静态和单静态场景中的角度的雷达系统生成的示例2d数据矩阵500。数据矩阵500可以被生成作为如参照图4所描述的角度测定模块114的操作402的一部分。
69.考虑雷达系统102在发射器阵列中包括n
t
个天线元件306并且在接收器阵列中包括nr个天线元件306。雷达系统102则包括n
t
nr个通道。通常，雷达系统102接收作为从mimo天线阵列获得的低级别时序数据的雷达数据以生成合成阵列。角度测定模块114可以将雷达数据重新整形为2d数据矩阵500。
70.在2d数据矩阵500中，第i行506的雷达数据是来自第i个发射器天线元件的数据。例如，第一行506-1是来自第一发射器天线元件的数据。在数学上，2d数据矩阵500的水平维度使用具有天线间距d
r 502的ula测量doa角相位，并且垂直维度使用具有天线间距d
t 504的ula测量dod角相位。示例方法
71.图6示出了雷达系统102检测双静态场景中的角度的示例方法600。方法600被示出为被执行的多组操作(或动作)，但不必限于在本文中示出操作的次序或组合。此外，操作中的一个或多个操作中的任一者可以被重复、被组合或被重组以提供其他方法。在以下讨论的各部分中，可以参考图1的环境100以及图1至图5中详述的实体，仅出于示例对它们作出参考。该技术不限于由一个实体或多个实体执行。
72.在602处，雷达系统使用具有第一数量的天线元件的发射器阵列发射em能量。例如，天线300-2的发射器阵列312包括三个天线元件306。天线元件306被间隔开发射器间距d
t 316。
73.在604处，雷达系统使用具有第二数量的天线元件的接收器阵列接收由一个或多个对象反射的em能量。例如，天线300-2的接收器阵列314包括四个天线元件306。天线元件
306被间隔开接收器间距d
r 318。发射器阵列312发射的em能量可以被一个或多个对象120反射。
74.在606处，雷达系统使用在接收器阵列处接收到的em能量生成2d数据矩阵。2d数据矩阵包括第一数量的行和第二数量的列。例如，角度测定模块114可以使用在接收器阵列314处接收到的em能量来生成2d数据矩阵500。2d数据矩阵500可以包括分别与发射器阵列312和接收器阵列314中的天线元件的数量相对应的三行和四列。
75.在608处，雷达系统使用2d数据矩阵确定单静态状况和双静态状况的doa估计和dod估计。例如，角度测定模块114可以使用2d数据矩阵来执行直接匹配方法或交叉匹配方法，以确定单静态状况和/或双静态状况的doa估计和dod估计，如参照图4和图5更详细解释的。
76.在610处，雷达系统通过将doa估计与dod估计进行比较来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度。例如，角度测定模块114可以将doa估计与dod估计进行比较以确定反射em能量的一个或多个对象的方位角或仰角。示例
77.在以下部分中，提供了示例。
78.示例1：一种雷达系统，包括：发射器阵列，所述发射器阵列被配置成用于发射电磁(em)能量，所述发射器阵列具有第一数量的天线元件；接收器阵列，所述接收器阵列被配置成用于接收由一个或多个对象反射的em能量，所述接收器阵列具有第二数量的天线元件；以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成用于：使用在接收器阵列处接收到的em能量生成二维(2d)数据矩阵，该2d数据矩阵具有所述第一数量的行和所述第二数量的列；使用2d数据矩阵确定单静态状况和双静态状况的到达方向(doa)估计和出发方向(dod)估计；并且通过将doa估计与dod估计进行比较来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度。
79.示例2：示例1的雷达系统，其中，所述发射器阵列包括均匀线性阵列，所述均匀线性阵列具有间隔开第一距离的第一数量的天线元件。
80.示例3：示例2的雷达系统，其中，所述接收器阵列包括另一均匀线性阵列，所述另一均匀线性阵列具有间隔开第二距离的第二数量的天线元件。
81.示例4：示例3的雷达系统，其中，所述第一距离和所述第二距离分别是由所述发射器阵列发射的em能量的半波长的第一倍数和第二倍数。
82.示例5：示例4的雷达系统，其中：第一倍数或第二倍数等于一；或者第一倍数和第二倍数互质。
83.示例6：示例3至5中任一项的雷达系统，其中：2d数据矩阵的水平维度使用第二距离测量doa角相位；并且2d数据矩阵的垂直维度使用第一距离测量dod角相位。
84.示例7：在前示例中任一项的雷达系统，其中所述一个或多个处理器被配置成用于使用以下各项中的至少一项来确定doa估计和dod估计：2d单一的经由旋转不变技术的信号参数估计(esprit)、2d多信号分类(music)、或基于二维快速傅里叶变换(fft)波束成形的函数。
85.示例8：示例3至7中任一项的雷达系统，其中，一个或多个处理器被配置成用于：分别根据对应的角相位、由发射器阵列发射的em能量的波长、以及所述第一倍数或所述第二
倍数来确定dod估计和doa估计。
86.示例9：在前示例中任一项的雷达系统，其中一个或多个处理器被进一步配置成用于：确定反射em能量的一个或多个对象的数量；响应于一个或多个对象的数量是一个或三个，使用直接匹配方法来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度，该直接匹配方法确定doa估计中的、匹配或大致匹配dod估计中的另一角度的匹配角度；并且响应于一个或多个对象的数量为两个：使用直接匹配方法和交叉匹配方法来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的相应潜在角度，交叉匹配方法确定doa估计和dod估计中的潜在匹配角度对(pair)；确定与潜在角度以及潜在匹配角度对相关联的匹配误差；并且基于与潜在角度以及潜在匹配角度对相关联的匹配误差，来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度。
87.示例10：示例9的雷达系统，其中一个或多个处理器被进一步配置成用于响应于一个或多个对象的数量为两个：确定与潜在匹配角度对相关联的匹配误差是否小于与潜在角度相关联的匹配误差；响应于与潜在匹配角度对相关联的匹配误差小于与潜在角度相关联的匹配误差，确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度等于潜在匹配角度对；并且响应于与潜在匹配角度对相关联的匹配误差不小于与潜在角度相关联的匹配误差，确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度等于潜在角度。
88.示例11：在前示例中任一项的雷达系统，其中发射器阵列和接收器阵列被定位在方位角方向或仰角方向中的至少一者上。
89.示例12：在前示例中任一项的雷达系统，其中雷达系统被配置成用于安装在汽车上。
90.示例13：一种计算机可读存储介质，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时，使雷达系统的处理器：通过雷达系统的发射器阵列发射电磁(em)能量，所述发射器阵列具有第一数量的天线元件；从雷达系统的接收器阵列接收由一个或多个对象反射的em能量，所述接收器阵列具有第二数量的天线元件；基于在接收器阵列处接收到的em能量生成二维(2d)数据矩阵，该2d数据矩阵具有所述第一数量的行和所述第二数量的列；基于2d数据矩阵确定单静态状况和双静态状况的到达方向(doa)估计和出发方向(dod)估计；并且通过将doa估计与dod估计进行比较来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度。
91.示例14：示例13的计算机可读存储介质，其中：发射器阵列包括均匀线性阵列，该均匀线性阵列具有间隔开第一距离的第一数量的天线元件；并且接收器阵列包括另一均匀线性阵列，该另一均匀线性阵列具有间隔开第二距离的第二数量的天线元件。
92.示例15：示例14的计算机可读存储介质，其中：第一距离和第二距离分别是发射器阵列发射的em能量的半波长的第一倍数和第二倍数；并且第一倍数或第二倍数等于一，或者第一倍数与第二倍数互质。
93.示例16：示例14或15的计算机可读存储介质，其中：2d数据矩阵的水平维度使用第二距离测量doa角相位；并且2d数据矩阵的垂直维度使用第一距离测量dod角相位。
94.示例17：示例13至示例16中任一项的计算机可读存储介质，其中该指令在被执行时进一步使雷达系统的处理器：分别根据对应的角相位、由发射器阵列发射的em能量的波长、以及所述第一倍数或所述第二倍数，来确定dod估计和doa估计。
95.示例18：示例13至示例17中任一项的计算机可读存储介质，其中该指令在被执行时进一步使雷达系统的处理器：确定反射em能量的一个或多个对象的数量；响应于一个或多个对象的数量是一个或三个，使用直接匹配方法来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度，该直接匹配方法确定doa估计中的、匹配或大致匹配dod估计中的另一角度的匹配角度；并且响应于一个或多个对象的数量为两个：使用直接匹配方法和交叉匹配方法来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的相应潜在角度，交叉匹配方法确定doa估计和dod估计中的潜在匹配角度对；确定与潜在角度以及潜在匹配角度对相关联的匹配误差；并且基于与潜在角度以及潜在匹配角度对相关联的匹配误差，来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度。
96.示例19：示例18的计算机可读存储介质，其中该指令在被执行时进一步使雷达系统的处理器：确定与潜在匹配角度对相关联的匹配误差是否小于与潜在角度相关联的匹配误差；响应于与潜在匹配角度对相关联的匹配误差小于与潜在角度相关联的匹配误差，确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度等于潜在匹配角度对；并且响应于与潜在匹配角度对相关联的匹配误差不小于与潜在角度相关联的匹配误差，确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度等于潜在角度。
97.示例20：一种方法，包括：通过雷达系统的发射器阵列发射电磁(em)能量，所述发射器阵列具有第一数量的天线元件；从雷达系统的接收器阵列接收由一个或多个对象反射的em能量，所述接收器阵列具有第二数量的天线元件；基于在接收器阵列处接收到的em能量生成二维(2d)数据矩阵，该2d数据矩阵具有所述第一数量的行和所述第二数量的列；基于2d数据矩阵确定单静态状况和双静态状况的到达方向(doa)估计和出发方向(dod)估计；并且通过将doa估计与dod估计进行比较来确定与一个或多个对象中的每一个相关联的角度。
98.示例21：一种计算机可读存储介质，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使处理器执行使用示例1至示例12中任一项的雷达系统的一个或多个处理器的雷达操作。
99.示例22：示例21的计算机可读存储介质，其中该计算机可读存储介质被安装在汽车中或汽车上。
100.示例23：一种方法，包括通过示例1至示例12中任一项的雷达系统的一个或多个处理器执行雷达操作。结语
101.虽然在前述描述中描述并且在附图中示出了本公开的各种实施例，但应当理解，本公开不限于此，而是可以在接下来的权利要求的范围内以各种方式实施为实践。从前述描述中，将显而易见的是，可以做出各种更改而不偏离由所附权利要求所限定的本公开的范围。