本發(fā)明涉及一種角度估測(cè)方法及雷達(dá)系統(tǒng),特別涉及一種可增加角度估測(cè)精準(zhǔn)度的角度估測(cè)方法及雷達(dá)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
相位脈沖雷達(dá)系統(tǒng)通常配置單發(fā)射天線與雙接收天線,雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)不同接收天線間信號(hào)的時(shí)間差,估測(cè)目標(biāo)物來(lái)向角度。估測(cè)角度的方法依據(jù)不同角度的接收信號(hào)時(shí)間差,產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)的相位差,相位差與目標(biāo)物來(lái)向角度具有一特定對(duì)應(yīng)關(guān)系,雷達(dá)系統(tǒng)取得不同天線接收信號(hào)的相位差之后,即可計(jì)算出目標(biāo)來(lái)向角。估測(cè)角度的精準(zhǔn)度取決于接收天線彼此間距形成的時(shí)間差是否符合理論值,如果與理論值越接近,估測(cè)精準(zhǔn)度會(huì)越高;反之,估測(cè)角度將會(huì)有不同程度的偏差。
在實(shí)際應(yīng)用上,影響時(shí)間差的因素包括天線到后端信號(hào)處理模塊間的射頻路徑長(zhǎng)度與材質(zhì)、不同天線單元之間的取樣時(shí)間以及天線輻射出的雷達(dá)波到目標(biāo)物之間的介質(zhì),前兩項(xiàng)因素在實(shí)際應(yīng)用上可以通過(guò)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)時(shí)的相位補(bǔ)償機(jī)制予以校正,但是第三項(xiàng)因素(即天線輻射出的雷達(dá)波到目標(biāo)物之間的介質(zhì))會(huì)受到產(chǎn)品實(shí)際環(huán)境的影響。對(duì)車(chē)用雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),雷達(dá)系統(tǒng)常安裝于保險(xiǎn)桿里面,因雷達(dá)系統(tǒng)與目標(biāo)物之間存在保險(xiǎn)桿,接收信號(hào)彼此之間的時(shí)間差就會(huì)因?yàn)楸kU(xiǎn)桿的材質(zhì)與弧度而產(chǎn)生相位模糊(phaseambiguity)的現(xiàn)象,也就是不同角度擁有相同的相位差,進(jìn)而影響角度估測(cè)的準(zhǔn)確度。
為了降低相位模糊所造成角度估測(cè)的誤差,公知技術(shù)利用增加接收天線的數(shù)目以及增加接收天線之間的距離,以增加角度估測(cè)的精準(zhǔn)度。然而,增加接收天線數(shù)目及增加接收天線之間的距離皆使得天線占用更大的面積,反而不利于車(chē)用雷達(dá)系統(tǒng)的空間配置。因此,如何在有限的天線設(shè)置面積下提升角度估測(cè)的精準(zhǔn)度,也就成為業(yè)界所努力的目標(biāo)之一。
因此,需要提供一種角度估測(cè)方法及雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
因此,本發(fā)明的主要目的即在于提供一種可在不增加天線設(shè)置面積的情況下提升角度估測(cè)精準(zhǔn)度的角度估測(cè)方法及雷達(dá)系統(tǒng),以改善公知技術(shù)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明公開(kāi)一種角度估測(cè)方法,該角度估測(cè)方法用于一雷達(dá)系統(tǒng),該角度估測(cè)方法包括:自一第一天線及一第二天線接收反射自一目標(biāo)物的一第一信號(hào)及一第二信號(hào);根據(jù)該第一信號(hào)與該第二信號(hào),取得一第一相位差及至少一虛擬相位差,其中該第一相位差為該第一天線與該第二天線之間的一相位差;以及根據(jù)該第一相位差及該至少一虛擬相位差,取得該目標(biāo)物的一來(lái)向角度。
本發(fā)明還公開(kāi)一種雷達(dá)系統(tǒng),包含有一第一天線,用來(lái)接收反射自一目標(biāo)物的一第一信號(hào);一第二天線,用來(lái)接收反射自該目標(biāo)物的一第二信號(hào);一處理單元,耦接于該第一天線及該第二天線;以及一儲(chǔ)存單元,用來(lái)儲(chǔ)存一程序代碼,該程序代碼指示該處理單元執(zhí)行以下步驟:根據(jù)該第一信號(hào)與該第二信號(hào),取得一第一相位差及至少一虛擬相位差,其中該第一相位差為該第一天線與該第二天線之間的一相位差;以及根據(jù)該第一相位差及該至少一虛擬相位差,取得該目標(biāo)物的一來(lái)向角度。
本發(fā)明還公開(kāi)一種雷達(dá)系統(tǒng),該雷達(dá)系統(tǒng)包括:一第一天線,該第一天線用來(lái)接收反射自一目標(biāo)物的一第一信號(hào);一第二天線,該第二天線用來(lái)接收反射自該目標(biāo)物的一第二信號(hào);一處理單元,該處理單元耦接于該第一天線及該第二天線;以及一儲(chǔ)存單元,該儲(chǔ)存單元用來(lái)儲(chǔ)存一程序代碼,該程序代碼指示該處理單元執(zhí)行以下步驟:根據(jù)該第一信號(hào)與該第二信號(hào),取得一第一相位差及至少一虛擬相位差,其中該第一相位差為該第一天線與該第二天線之間的一相位差,其中該至少一虛擬相位差為至少一虛擬天線與該第一天線之間的一相位差;以及根據(jù)該第一相位差及該至少一虛擬相位差,取得該目標(biāo)物的一來(lái)向角度。
本發(fā)明還公開(kāi)一種雷達(dá)系統(tǒng),包含有一第一天線,用來(lái)接收反射自一目標(biāo)物的一第一信號(hào);一第二天線,用來(lái)接收反射自該目標(biāo)物的一第二信號(hào);一相位差計(jì)算單元,用來(lái)根據(jù)該第一信號(hào)與該第二信號(hào),取得一第一相位差及至少一虛擬相位差,其中該第一相位差為該第一天線與該第二天線之間的一相位差;以及一來(lái)向角計(jì)算單元,用來(lái)根據(jù)該第一相位差及該至少一虛擬相位差,取得該目標(biāo)物的一來(lái)向角度。
本發(fā)明還公開(kāi)一種雷達(dá)系統(tǒng),該雷達(dá)系統(tǒng)包括:一第一天線,該第一天線用來(lái)接收反射自一目標(biāo)物的一第一信號(hào);一第二天線,該第二天線用來(lái)接收反射自該目標(biāo)物的一第二信號(hào);一相位差計(jì)算單元,該相位差計(jì)算單元用來(lái)根據(jù)該第一信號(hào)與該第二信號(hào),取得一第一相位差及至少一虛擬相位差,其中該第一相位差為該第一天線與該第二天線之間的一相位差,其中該至少一虛擬相位差為至少一虛擬天線與該第一天線之間的一相位差;以及一來(lái)向角計(jì)算單元,該來(lái)向角計(jì)算單元用來(lái)根據(jù)該第一相位差及該至少一虛擬相位差,取得該目標(biāo)物的一來(lái)向角度。
本發(fā)明在不增加天線數(shù)量及天線間距的情況下,仍可達(dá)到精準(zhǔn)的來(lái)向角度估測(cè),同時(shí)避免相位模糊現(xiàn)象。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明一天線陣列的示意圖。
圖2為相位差與角度的關(guān)系示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例一雷達(dá)系統(tǒng)的示意圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例一角度估測(cè)流程的示意圖。
圖5為一虛擬天線陣列的示意圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例一雷達(dá)系統(tǒng)的示意圖。
主要組件符號(hào)說(shuō)明:
10、30、60雷達(dá)系統(tǒng)
100、306、606信號(hào)處理模塊
300處理單元
302儲(chǔ)存單元
304程序代碼
40角度估測(cè)流程
50虛擬天線陣列
400~408步驟
a1~a4、ant_1、ant_2天線
d12、d13、d14、d間距
r1、r2信號(hào)
vant_1~vant_n虛擬天線
δ1~δn虛擬間距
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖1,圖1為本發(fā)明一雷達(dá)系統(tǒng)10的示意圖。雷達(dá)系統(tǒng)10包含天線a1~a4及一信號(hào)處理模塊100,天線a1~a4形成一天線陣列,天線a2、a3、a4分別與天線a1具有間距d12、d13、d14,天線a1~a4以線性等間距排列,即天線a1、a3之間的間距d13為間距d12的2倍,天線a1、a4之間的間距d14為間距d12的3倍。天線a1~a4分別用來(lái)接收反射自目標(biāo)物的信號(hào)y1~y4。天線a1~a4耦接于信號(hào)處理模塊100,信號(hào)處理模塊100根據(jù)信號(hào)y1~y4計(jì)算一角度θ。具體來(lái)說(shuō),信號(hào)處理模塊100根據(jù)信號(hào)y1~y4計(jì)算天線a2~a4與天線a1的相位差
一般來(lái)說(shuō),來(lái)向角度(directionofarrival,doa)估測(cè)值的估測(cè)精準(zhǔn)度(或敏感度(sensitivity))相關(guān)于天線之間的間距大小,天線之間的間距越大,相位差與來(lái)向角度之間的變化率越大。請(qǐng)參考圖2,圖2為相位差
另一方面,由圖2可知,由于a1與a3(a4)的天線間距超過(guò)半個(gè)波長(zhǎng),其相位差
需注意的是,當(dāng)天線a1~a4以等間距排列時(shí),相位差
具體來(lái)說(shuō),信號(hào)處理模塊100可先根據(jù)信號(hào)y1、y2推算天線a1、a2之間的相位差
更進(jìn)一步地,信號(hào)處理模塊100可根據(jù)信號(hào)y1、y2(或相位差
信號(hào)處理模塊100根據(jù)信號(hào)y1、y2(或相位差
更進(jìn)一步地,當(dāng)一天線ax與天線a1之間的一間距d1x為間距d12的q倍(即d1x=qd12)時(shí),一信號(hào)處理模塊可根據(jù)信號(hào)y1、y2(或相位差
由此可知,信號(hào)處理模塊100可僅根據(jù)信號(hào)y1、y2(或相位差
因此,在本發(fā)明的一實(shí)施例中,一雷達(dá)系統(tǒng)可僅包含兩個(gè)天線,即能夠達(dá)到天線數(shù)量大于2時(shí)所能達(dá)到的角度估測(cè)精準(zhǔn)度,同時(shí)避免相位模糊。具體來(lái)說(shuō),請(qǐng)參考圖3,圖3為本發(fā)明實(shí)施例一雷達(dá)系統(tǒng)30的示意圖。雷達(dá)系統(tǒng)30用來(lái)估測(cè)一目標(biāo)物tg相對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)30的一來(lái)向角度θdoa,其包含有天線ant_1、ant_2以及一信號(hào)處理模塊306,信號(hào)處理模塊306包含一處理單元300以及一儲(chǔ)存單元302。天線ant_1、ant_2分別用來(lái)接收反射自目標(biāo)物tg的信號(hào)r1、r2,天線ant_1與天線ant_2之間具有一間距d,其中間距d可為雷達(dá)信號(hào)波長(zhǎng)的一半(即d=λ/2)。處理單元300耦接于天線ant_1、ant_2,以接收來(lái)自天線ant_1、ant_2的信號(hào)r1、r2,儲(chǔ)存單元302用來(lái)儲(chǔ)存一程序代碼304,程序代碼304用來(lái)指示處理單元300執(zhí)行一角度估測(cè)流程,以根據(jù)信號(hào)r1、r2估測(cè)來(lái)向角度θdoa。其中,處理單元300可為一中央處理器(cpu)、一數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)或是一微處理器(microprocessor),而不在此限,儲(chǔ)存單元302可為一只讀式存儲(chǔ)器(read-onlymemory,rom)或是一非易失性存儲(chǔ)器(non-volatilememory,例如,一電子擦除式可編程只讀存儲(chǔ)器(electricallyerasableprogrammablereadonlymemory,eeprom)或一閃存(flashmemory)),而不在此限。
請(qǐng)參考圖4,圖4為本發(fā)明實(shí)施例一角度估測(cè)流程40的示意圖。角度估測(cè)流程40可編譯成程序代碼304,并由信號(hào)處理模塊306的處理單元300來(lái)執(zhí)行,角度估測(cè)流程40包含以下步驟:
步驟400:開(kāi)始。
步驟402:自天線ant_1、ant_2接收反射自目標(biāo)物tg的信號(hào)r1、r2。
步驟404:根據(jù)信號(hào)r1、r2,計(jì)算一實(shí)體相位差a及虛擬相位差b1~bn,其中實(shí)體相位差a為天線ant_1與天線ant_2之間的一相位差。
步驟406:根據(jù)實(shí)體相位差a及虛擬相位差b1~bn,取得來(lái)向角度θdoa。
步驟408:結(jié)束。
需注意的是,根據(jù)角度估測(cè)流程40,信號(hào)處理模塊306除了計(jì)算天線ant_1與天線ant_2之間的實(shí)體相位差a(對(duì)應(yīng)至第一相位差)之外,信號(hào)處理模塊306還根據(jù)信號(hào)r1、r2計(jì)算虛擬相位差b1~bn。實(shí)際上,信號(hào)處理模塊306通過(guò)虛擬相位差b1~bn虛擬化(virtualize)或模擬(simulate)多個(gè)虛擬天線vant_1~vant_n,其中虛擬相位差b1~bn代表虛擬天線vant_1~vant_n與天線ant_1之間的(虛擬)相位差。天線ant_1、ant_2與虛擬天線vant_1~vant_n形成一虛擬天線陣列50,如圖5所示,在虛擬天線陣列50中,虛擬天線vant_1~vant_n并未實(shí)際設(shè)置于雷達(dá)系統(tǒng)30中,實(shí)際上僅天線ant_1、ant_2實(shí)際設(shè)置于雷達(dá)系統(tǒng)30中。另外,在虛擬天線陣列50中,虛擬天線vant_1~vant_n與天線ant_1之間具有虛擬間距δ1~δn,其中虛擬間距δ1~δn分別為間距d的2~n+1倍,換句話說(shuō),虛擬間距δ1~δn中一虛擬間距δn代表虛擬天線vant_1~vant_n中一虛擬天線vant_n與天線ant_1之間的虛擬間距,其中虛擬間距δn可表示為δn=(n+1)d。
雖然雷達(dá)系統(tǒng)30僅包含2個(gè)實(shí)體天線(即天線ant_1、ant_2),根據(jù)角度估測(cè)流程40,雷達(dá)系統(tǒng)30可達(dá)到具有n+2個(gè)天線所能達(dá)到的角度估測(cè)精準(zhǔn)度,同時(shí)避免相位模糊。
角度估測(cè)流程40的操作細(xì)節(jié)詳述如下。在步驟404中,信號(hào)處理模塊306根據(jù)信號(hào)r1、r2計(jì)算實(shí)體相位差a。詳細(xì)來(lái)說(shuō),信號(hào)處理模塊306可計(jì)算信號(hào)r2相對(duì)于信號(hào)r1的一比值r(即計(jì)算比值r為r=r2/r1),并根據(jù)比值r計(jì)算實(shí)體相位差a,即計(jì)算實(shí)體相位差a為
另一方面,信號(hào)處理模塊306亦根據(jù)信號(hào)r1、r2計(jì)算虛擬相位差b1~bn。虛擬相位差b1~bn的計(jì)算方式并未有所限,在一實(shí)施例中,信號(hào)處理模塊306可根據(jù)比值r計(jì)算虛擬相位差b1~bn,具體來(lái)說(shuō),信號(hào)處理模塊306可計(jì)算虛擬相位差b1~bn的一虛擬相位差bn為
在步驟406中,信號(hào)處理模塊306根據(jù)實(shí)體相位差a及虛擬相位差b1~bn,取得來(lái)向角度θdoa。具體來(lái)說(shuō),信號(hào)處理模塊306可根據(jù)實(shí)體相位差a計(jì)算對(duì)應(yīng)于實(shí)體相位差a的一實(shí)體角度c(對(duì)應(yīng)至第一角度),并分別根據(jù)虛擬相位差b1~bn計(jì)算多個(gè)虛擬角度,并根據(jù)實(shí)體角度c及該多個(gè)虛擬角度,取得來(lái)向角度θdoa。
詳細(xì)來(lái)說(shuō),信號(hào)處理模塊306可根據(jù)實(shí)體相位差a計(jì)算實(shí)體角度c為
信號(hào)處理模塊306取得多個(gè)虛擬角度后,其可根據(jù)實(shí)體角度c及該多個(gè)虛擬角度,取得來(lái)向角度θdoa。在一實(shí)施例中,信號(hào)處理模塊306可在虛擬角度hn,1~hn,m_n中選取一最佳虛擬角度hn,k為來(lái)向角度θdoa,以避免相位模糊所產(chǎn)生的問(wèn)題。信號(hào)處理模塊306在虛擬角度hn,1~hn,m_n中選取最佳虛擬角度hn,k的方式并未有所限,信號(hào)處理模塊306可選取最佳虛擬角度hn,k為虛擬角度hn,1~hn,m_n中最接近實(shí)體角度c者,換句話說(shuō),最佳虛擬角度hn,k滿足虛擬角度hn,k與實(shí)體角度c之間的一差距小于一臨限值e1(即|hn,k-c|<e1),其中臨限值e1可視實(shí)際需求而調(diào)整。
在另一實(shí)施例中,信號(hào)處理模塊306取得最佳虛擬角度hn,k后,可在(根據(jù)虛擬相位差bn所得出的)虛擬角度hn+1,1~hn+1,m_n+1中選取一最佳虛擬角度hn+1,i為來(lái)向角度θdoa,以避免相位模糊所產(chǎn)生的問(wèn)題,其中最佳虛擬角度hn+1,i為虛擬角度hn+1,1~hn+1,m_n+1中最接近最佳虛擬角度hn,k或?qū)嶓w角度c者。換句話說(shuō),最佳虛擬角度hn+1,i滿足其與最佳虛擬角度hn,k之間的一差距小于一臨限值e2(即|hn+1,i-h(huán)n,k|<e2),或最佳虛擬角度hn+1,i與實(shí)體角度c之間的一差距小于一臨限值e3(即|hn+1,i-c|<e3),其中臨限值e2、e3可視實(shí)際需求而調(diào)整。
由上述可知,根據(jù)角度估測(cè)流程40,信號(hào)處理模塊306僅利用天線ant_1、ant_2所接收的信號(hào)r1、r2,虛擬化多個(gè)虛擬天線vant_1~vant_n,并根據(jù)實(shí)體相位差a及虛擬相位差b1~bn,取得目標(biāo)物tg的來(lái)向角度θdoa。相比公知技術(shù),雷達(dá)系統(tǒng)30在不增加天線數(shù)量及天線間距的情況下,仍可達(dá)到精準(zhǔn)的來(lái)向角度估測(cè),同時(shí)避免相位模糊的現(xiàn)象。
需注意的是,前述實(shí)施例用以說(shuō)明本發(fā)明的概念,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可據(jù)以做不同的修飾,而不限于此。舉例來(lái)說(shuō),在角度估測(cè)流程40中,信號(hào)處理模塊根據(jù)信號(hào)r1、r2計(jì)算多個(gè)虛擬相位差b1~bn,并根據(jù)多個(gè)虛擬相位差b1~bn取得來(lái)向角度θdoa。然而,不限于此,信號(hào)處理模塊亦可根據(jù)信號(hào)r1、r2計(jì)算單一虛擬相位差b(虛擬相位差b可代表一虛擬天線vant與天線ant_1之間的一相位差),再根據(jù)虛擬相位差b取得多個(gè)虛擬角度,以及根據(jù)該多個(gè)虛擬角度取得來(lái)向角度θdoa,亦符合本發(fā)明的要求。另外,虛擬天線vant與天線ant_1之間的一虛擬間距δ不限于間距d的整數(shù)倍,虛擬間距δ可為間距d的q倍,如此一來(lái),可計(jì)算虛擬相位差b為b=qa或
另外,信號(hào)處理模塊不限于特定電路結(jié)構(gòu),其可由特殊應(yīng)用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit,asic)來(lái)實(shí)現(xiàn),舉例來(lái)說(shuō),請(qǐng)參考圖5,圖5為本發(fā)明實(shí)施例一雷達(dá)系統(tǒng)60的示意圖,雷達(dá)系統(tǒng)60與雷達(dá)系統(tǒng)30相似,故相同組件沿用相同符號(hào),雷達(dá)系統(tǒng)60包含一信號(hào)處理模塊606,信號(hào)處理模塊606包含一相位差計(jì)算單元600以及一來(lái)向角計(jì)算單元602,相位差計(jì)算單元600及來(lái)向角計(jì)算單元602皆可由特殊應(yīng)用集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn),信號(hào)處理模塊606亦可用來(lái)執(zhí)行角度估測(cè)流程40,其中相位差計(jì)算單元600可用來(lái)執(zhí)行角度估測(cè)流程40的步驟404,而來(lái)向角計(jì)算單元602可用來(lái)執(zhí)行角度估測(cè)流程40的步驟406,亦符合本發(fā)明的要求。
綜上所述,本發(fā)明僅利用兩個(gè)天線所接收的信號(hào),產(chǎn)生虛擬天線與實(shí)體天線的虛擬相位差,并根據(jù)虛擬相位差取得多個(gè)虛擬角度,以取得來(lái)自目標(biāo)物的來(lái)向角度。相比公知技術(shù),本發(fā)明在不增加天線數(shù)量及天線間距的情況下,仍可達(dá)到精準(zhǔn)的來(lái)向角度估測(cè),同時(shí)避免相位模糊現(xiàn)象。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,凡是根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所做的等同變化與修飾,皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。