用于虛擬天線信號的雷達(dá)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總地涉及具有天線陣列的雷達(dá)系統(tǒng)，更具體地涉及使用虛擬天線元件的合成信號從實(shí)際天線元件所接收的信號進(jìn)行波束形成。
【背景技術(shù)】
[0002]提出了具有兩個(gè)緊密間隔元件(例如隔開一個(gè)半波長(one half-wavelength))和一個(gè)寬間隔元件(例如隔開多個(gè)波長)的雷達(dá)接收-天線陣列。由每個(gè)天線元件所檢測的反射信號可用于合成或確定虛擬相位差，該虛擬相位差對應(yīng)于預(yù)期由位于兩個(gè)緊密間隔天線元件與寬間隔天線元件之間的虛擬元件所檢測的反射信號。相位比較單脈沖(PCMP)使用來自窄間隔天線元件的檢測信號的相位差以基于相對于窄間隔天線元件的虛擬元件的間距或間隔對虛擬元件估計(jì)虛擬相位差。當(dāng)誤差施加在虛擬相位差時(shí)，混合了測量來自窄間隔天線元件的檢測信號的相位差中的任何誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了配置為處理由雷達(dá)天線所檢測的反射信號的雷達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括雷達(dá)天線和控制器。天線包括參考元件、與該參考元件隔開了反射信號的一個(gè)半波長的阿爾法(alpha)元件以及與該參考元件隔開了反射信號的偶數(shù)個(gè)半波長的貝塔(beta)元件。該控制器被配置為從參考元件、阿爾法元件和貝塔元件接收檢測信號。該控制器還被配置為確定來自參考元件與阿爾法元件的檢測信號之間的阿爾法相位差，并確定來自參考元件與貝塔元件的檢測信號之間的貝塔相位差。該控制器還被配置為確定第一虛擬相位差，該第一虛擬相位差對應(yīng)于期望由位于參考元件與貝塔元件中間的第一虛擬元件所檢測的反射信號。該第一虛擬相位差基于該貝塔相位差除以二。
[0004]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種控制器，用于配置為處理由雷達(dá)天線所檢測的反射信號的雷達(dá)系統(tǒng)。天線包括參考元件、與該參考元件隔開了反射信號的一個(gè)半波長的阿爾法元件以及與參考元件隔開了反射信號的偶數(shù)個(gè)半波長的貝塔元件。該控制器被配置為從參考元件、阿爾法元件和貝塔元件接收檢測信號。該控制器還被配置為確定來自參考元件與阿爾法元件的檢測信號之間的阿爾法相位差，并確定來自參考元件與貝塔元件的檢測信號之間的貝塔相位差。該控制器還被配置為確定第一虛擬相位差，該第一虛擬相位差對應(yīng)于期望由位于參考元件與貝塔元件中間的第一虛擬元件所檢測的反射信號。該第一虛擬相位差基于該貝塔相位差除以二。
[0005]在又一實(shí)施例中，提供了處理由雷達(dá)天線所檢測的反射信號的方法。該方法包括從雷達(dá)天線接收檢測信號。該天線包括參考元件、與該參考元件隔開了反射信號的一個(gè)半波長的阿爾法元件以及與參考元件隔開了反射信號的偶數(shù)個(gè)半波長的貝塔元件。該方法還包括確定來自參考元件與阿爾法元件的檢測信號之間的阿爾法相位差。該方法還包括確定來自參考元件與貝塔元件的檢測信號之間的貝塔相位差。該方法還包括確定第一虛擬相位差，該第一虛擬相位差對應(yīng)于期望由位于參考元件與貝塔元件中間的第一虛擬元件所檢測的反射信號。該第一虛擬相位差基于該貝塔相位差除以二。
[0006]在閱讀優(yōu)選實(shí)施例的下列詳細(xì)描述后，進(jìn)一步的特征和優(yōu)勢將更清楚地呈現(xiàn)出，這些優(yōu)選實(shí)施例僅作為非限定性的示例且結(jié)合附圖而給出。
【附圖說明】
[0007]現(xiàn)在將參考附圖借助示例來描述本發(fā)明，在附圖中:
[0008]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)的圖；
[0009]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的存在于圖1的系統(tǒng)中的信號的示圖；以及
[0010]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的由圖1的系統(tǒng)所執(zhí)行的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1示出了雷達(dá)系統(tǒng)(下文稱為系統(tǒng)10)的非限制性示例。系統(tǒng)10通常被配置為處理由雷達(dá)天線(下文的天線14)所檢測的反射信號12。盡管未示出，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到反射信號12是目標(biāo)16反射由可能是系統(tǒng)10的一部分的發(fā)射天線(未示出)所發(fā)射的發(fā)射信號(未示出)的結(jié)果，如將被本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到。對于反射信號12，適合的頻率是76.5*10~9赫茲(76.5GHz)，所以2.6毫米(mm)的示例波長將被用于以下討論。本文所示示例是非限制性的，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，天線14的尺寸能被縮放或被改變以使天線14適于以不同的雷達(dá)頻率工作。
[0012]該天線14包括參考元件20以及與參考元件20隔開了反射信號12的一個(gè)半波長(例如1.3_)的阿爾法元件22，用于檢測該反射信號12。該天線14還包括與參考元件20隔開了反射信號的偶數(shù)個(gè)半波長(例如六個(gè)半波長或7.8mm)的貝塔元件24，用于檢測該反射信號12。形成天線14的元件(20、22、24)可以是微帶天線而且可以被安排在基板(未示出)上。因此，圖1所示天線14的視圖可以被解釋為看著每個(gè)元件的末端時(shí)天線14的端視圖。每個(gè)元件可以是380微米(μ m)厚基板(比如來自康涅狄格州羅杰斯的羅杰斯公司的R05880基板)上由半盎司銅箔所形成的貼片(patch)的串陣列或線型陣列。適合的元件總長度是四十八毫米(48mm)。貼片優(yōu)選地具有1394 μ m的寬度以及1284 μ m的高度。貼片間距優(yōu)選地是雷達(dá)信號的一個(gè)波導(dǎo)波長(例如2560 μ m)，并且與每個(gè)貼片互相連接的微帶優(yōu)選為503 μm寬。
[0013]系統(tǒng)10包括配置為從參考元件20、阿爾法元件22和貝塔元件24接收檢測信號32的控制器30。為了確定朝著目標(biāo)16的方向，系統(tǒng)可確定相對于天線14的孔位置36的角38( Θ )。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到孔位置36通常垂直于天線14的元件所在的基板的平面?？刂破饕部杀慌渲脼橄虬l(fā)射天線輸出發(fā)射信號(未示出)以用于發(fā)射引起反射信號12的發(fā)射信號。
[0014]控制器30可被配置為確定來自參考元件20與阿爾法元件22的檢測信號32之間所測量的阿爾法相位差40(eia)。來自參考元件20的檢測信號的相位是任意分配的值一
(1)或單位一，所以任何相位差能被容易地表達(dá)，如圖所示。相似地，控制器30可被配置為確定來自參考元件20與貝塔元件24的檢測信號之間的貝塔相位差42(eie)。
[0015]觀察到使用具有間隔一個(gè)半波長的僅兩個(gè)元件并且只基于阿爾法相位差40確定角38的嘗試是易受噪聲影響的。于是提出了增加與該對半波長間隔的元件適當(dāng)隔開的第三元件(貝塔元件24)以嘗試降低噪聲效應(yīng)。認(rèn)識到檢測信號32可被用于合成或估計(jì)來自阿爾法元件22與貝塔元件24之間的位置處的虛擬元件34的信號。應(yīng)該理解，虛擬元件34不是天線14的實(shí)際元件，而參考元件20、阿爾法元件22和貝塔元件24是此情況。合成的信號能被用于對所示的虛擬元件34中的每個(gè)確定或估計(jì)虛擬相位差(Zl、Z2、Z3、Z4)。
[0016]盡管圖1中所示的非限制性示例示出虛擬元件34中的四個(gè)作為貝塔元件24與參考元件20隔開了六個(gè)半波長的結(jié)果，認(rèn)識到貝塔元件24可以與參考元件20更遠(yuǎn)地隔開。因此，在間隔更寬的情況下，可存在更多所示的虛擬元件以及更多所確定的虛擬相位差。例如，貝塔元件24可以與參考元件隔開八個(gè)半波長，這將產(chǎn)生六個(gè)虛擬元件。
[0017]提出了通過逐步施加阿爾法相位差40可計(jì)算虛擬相位差，使得虛擬相位差Z4將是阿爾法相位差乘以二(例如el2a)，虛擬相位差Z3將是阿爾法相位差乘以二(例如el3a)，以此類推。然而，由于先前隨阿爾法相位差40(eia)提到的噪聲問題，需要用于估計(jì)降低了噪聲效應(yīng)的相位差的替代方式。
[0018]認(rèn)識到從貝塔元件24可得到降低的噪聲效應(yīng)，控制器被配置為確定對應(yīng)于期望由位于參考元件20與貝塔元件24中間的第一虛擬元件46 (Z3)所檢測的反射信號的第一虛擬相位差44，其中該第一虛擬相位差44基于(即等于)貝塔相位差42(eliS)除以二(eli!/2)。能以復(fù)數(shù)項(xiàng)將第一虛擬相位差44表達(dá)為e1"2。這相同的表達(dá)將被用于貝塔元件24與參考元件20隔開了偶數(shù)個(gè)波長的任何情況下。S卩，第一虛擬元件46總是位于參考元件20與貝塔元件24中間的虛擬元件，所以第一虛擬相位差44總能被表達(dá)為eie/2。這與如果阿爾法級數(shù)被用于貝塔元件24與參考元件20隔開了六個(gè)半波長時(shí)將中間虛擬元件的相位差表示為el3°或如果阿爾法級數(shù)被用于貝塔元件24與參考元件20隔開了八個(gè)半波長時(shí)該相位差表示為el4°形成對比。
[0019]應(yīng)該認(rèn)識到，在實(shí)際相位差中的2 31弧度的整數(shù)是未知的。即，貝塔相位差42被更加精確地表達(dá)為e1(n2" +