CN107450064A - 雷达***和用于操作雷达***的方法 - Google Patents

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Abstract

雷达***和用于操作雷达***的方法。用于操作雷达***的方法（100）包括在第一时间间隔期间增加（102）雷达信号的频率，并在第一时间间隔期间从第一发射天线发射（104）雷达信号。此外，该方法包括在第二时间间隔期间降低雷达信号的频率（106），并在第二时间间隔期间从第二发射天线发射（108）雷达信号。

Description

雷达***和用于操作雷达***的方法
技术领域
实施例涉及用于调制雷达信号的概念，并且特别地涉及雷达***和用于操作雷达***的方法。
背景技术
对于各种各样的应用而言期望对雷达信号的调制。例如，提供高带宽、高频精度、非常短的啁啾时间（chirp time）和低相位噪声的频率调制雷达信号是困难的任务。经常地，这些不同的属性不得不针对彼此来权衡（trade off）。便携式的电池供电的应用可受益于低功率雷达概念。
发明内容
可能存在对提供一种用于操作雷达***的改进的概念的需要，其可以提供用于确定目标的位置和/或速度的更高精度并降低雷达***的功耗。
这样的要求可以由权利要求的主题来满足。
一些实施例涉及用于操作雷达***的方法。该方法包括在第一时间间隔期间增加雷达信号的频率，并在第一时间间隔期间从第一发射天线发射雷达信号。此外，该方法包括在第二时间间隔期间降低雷达信号的频率，并在第二时间间隔期间从第二发射天线发射雷达信号。
一些实施例涉及雷达***。雷达***包括第一发射天线和至少一个第二发射天线。此外，雷达***包括锁相环。锁相环被配置成在第一时间间隔期间增加雷达信号的频率。另外，锁相环被配置成在第二时间间隔期间降低雷达信号的频率。此外，雷达***包括信号开关。信号开关被配置成在第一时间间隔期间将雷达信号切换到第一发射天线，并且在第二时间间隔期间将雷达信号切换到第二发射天线。
附图说明
下面将仅作为示例并参照附图来描述装置和/或方法的一些实施例，其中
图1示出了用于操作雷达***的方法的流程图；
图2示出了雷达信号的频率调制的示例；
图3示出了雷达信号的接收反射的频域表示的示例；
图4显示了包括由于针对目标的各种速度和各种距离的到目标的距离所引起的频移和多普勒频移的表；
图5a示出了雷达***的范围到距离门（range gate）中的划分；
图5b示出了在雷达***的接收机侧的中频如何可以与到目标的距离相关；
图6示出了雷达***的框图；
图7a示出了雷达***的另一框图；
图7b图示了多个发射元件如何可以形成用于雷达***的多个合成接收通道的概念；
图8a示出了雷达信号的频率调制的另一示例；
图8b示出了压控振荡器的频率调谐曲线的示例；和
图8c示出了压控振荡器的调谐灵敏度曲线的示例。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述各种示例实施例，在附图中图示了一些示例实施例。在各图中，为了清楚起见，线、层和/或区域的厚度可能被夸大。
因此，虽然示例实施例能够有各种修改和替代形式，但是通过各图中的示例来示出其实施例，并且将在本文中被详细地描述。然而，应当理解的是，不存在将示例实施例限制到所公开的特定形式的意图，而是相反，示例实施例将覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替代。遍及各图的描述，相同的数字指的是相同或类似的元件。
将理解的是，当元件被称为被“连接”或者“耦合”到另一元件时，它可以被直接连接或者耦合到其它元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为被“直接连接”或者“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。用来描述元件之间的关系的其它单词应该以相似的方式被解释(例如，“在……之间”对“直接在……之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制示例实施例。如本文所使用的，单数形式的“一”、“一个”、和“该”也意指包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。还将理解的是，术语“包括”、“包含”、“涵盖”、和/或“涵括”在本文中使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或其群组的存在或者添加。
除非另外被定义，否则本文所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与示例实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解的是，术语（例如，常用字典中所定义的那些）应该被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义。然而，如果本公开对于偏离普通技术人员通常理解的含义的术语给出特定含义，则将在本文给出此定义的具体上下文中考虑此含义。
雷达信号的调制是一种已建立的技术，例如在脉冲压缩雷达***中。在图8a中示出雷达信号的频率调制800的示例。所示的频率调制800执行锯齿啁啾（saw tooth chirp）882，例如，在例如100μs的时间间隔期间，雷达信号的频率从第一射频f1线性地增加到第二射频f2。在达到第二射频f2之后，雷达信号的频率在短时间内（例如在小于5μs内）被重置到第一射频f1，以便执行下一个锯齿啁啾888。
经常地，雷达***（例如毫米波手势感测***）要求高分辨率。可以通过使用大的雷达带宽来实现高分辨率，例如第一射频f1和第二射频f2之间的频率差是大的，例如7 GHz或更大。因此，频率的重置可引起与雷达带宽相对应的大的频率跳跃884。然后，到第一射频f1的频率跳跃884可引起雷达信号的频率的过冲（overshoot）和振荡886，使得在雷达信号的频率再次稳定在第一射频f1处之前，安顿（settling）时间可能必须经过。长的安顿时间（例如50μs或更长）可增加雷达***的总占空比以及由此的总功耗。
如果使用锁相环（PLL）来控制雷达信号的频率，则PLL可能需要大的环路带宽以便执行频率跳跃884。然而，大的环路带宽（例如，1MHz或更大）可降低（degrade）雷达信号的相位噪声。一种替代的双环路PLL可由于第二个环路而引入附加的相位噪声。
如果PLL包括压控振荡器（VCO），则可使雷达信号频率的过冲和振荡886加重（aggravate），因为VCO在其较低频率调谐范围下（例如在如图8b中的VCO调谐特性890和图8c中的对应VCO调谐灵敏度895所示的第一射频下）经常具有较高的调谐灵敏度Kvco。调谐灵敏度Kvco可以例如大于5 GHz/V。此外，在便携式应用中，调谐电压范围可受到雷达***的电池电压的限制。继而，可能需要具有甚至更高的调谐灵敏度Kvco的VCO，这再次可使雷达信号的频率的过冲和振荡886变差。
在没有限制的情况下，本公开的实施例解决了这些技术问题并提供了解决方案。
图1示出了根据本公开的实施例的用于操作雷达***的方法100的流程图。方法100包括在第一时间间隔期间增加102雷达信号的频率，并在第一时间间隔期间从第一发射天线发射104雷达信号。此外，该方法包括在第二时间间隔期间降低雷达信号的频率106，并在第二时间间隔期间从第二发射天线发射108雷达信号。
通过在第一时间间隔期间从第一发射天线发射雷达信号，同时增加雷达信号的频率，并且通过在第二时间间隔期间从第二发射天线发射雷达信号，同时降低雷达信号的频率，可以缩短在第一和第二时间间隔期间的发射之间的中间时间段。换句话说，在从第一天线已发射雷达信号之后，其可以在较短时间内于第二天线处被提供。这样，雷达***可以更连续地（例如以较短和/或较少的中断）利用电磁能量照射目标。继而，这可以导致目标的更可靠、更快速、和更准确的检测和/或跟踪。另外，可以在更短的时间内执行来自第一和第二发射天线的雷达信号的发射，这可以减少雷达***的总占空比并可以因此降低雷达***的功耗。也就是说，通过分别在增加和降低其频率的同时从第一和第二发射天线发射雷达信号，可以避免将雷达信号的频率重置到开始频率以及因此的执行此重置的时间。通过避免这样的重置（例如，避免具有大的频率不连续性和/或大的频率跳跃的雷达信号的频率调制的锯齿函数（saw tooth function）），也避免了雷达信号的频率可能过冲和/或振荡以及在雷达信号可以再次在第二（或第一）发射天线处被提供之前，对应的安顿时间可能必须过去。
雷达信号可以是模拟信号或数字信号。模拟或数字雷达信号可以包括连续波信号或脉冲信号。在数字雷达信号的情况下，在发射雷达信号之前，它可以通过数模转换器从数字域转换到模拟域。此外，雷达信号可以是载频信号、中频信号或基带信号。在基带信号或中频信号的情况下，可以在发射之前将雷达信号上变频（up-convert）到载频域。这可以例如包括混频器和/或倍频器的使用。可选地，雷达信号可以在发射之前被放大和/或滤波。
雷达信号可以例如由振荡器提供。振荡器可以例如包括可变频率振荡器。例如，此可变频率振荡器可以包括压控振荡器和/或数控振荡器（NCO）。振荡器可以由锁相环（PLL）组成，所述锁相环（PLL）例如是模拟PLL、数字PLL、或者包括模拟和数字信号和电路的混合PLL。
在第一时间间隔期间增加雷达信号的频率并且在第二时间间隔期间降低雷达信号的频率可以包括雷达信号的频率调制。频率调制可以例如包括线性频率调制。在线性频率调制中，雷达信号的频率可以在第一时间间隔上线性地增加，在此和下文中被称为线性频率上啁啾（up-chirp）（或者就简称为上啁啾），并且可以在第二时间间隔上线性地降低，在此和下文中也被称为线性频率下啁啾（down-chirp）（或者就简称为下啁啾）。
控制雷达信号的频率（例如增加和/或降低雷达信号的频率）可以包括控制提供雷达信号的振荡器。例如，在由PLL构成压控振荡器（VCO）的情况下，控制VCO的频率（例如，雷达信号的频率）可以包括由分频器对雷达信号的频率进行分频，将雷达信号的分频频率和/或相位与参考信号的频率和/或相位进行比较，并且对应地调整VCO的调谐电压。例如，增加分频器可导致较高的调谐电压，这继而可以导致雷达信号的增加的频率。类似地，例如，降低分频器可以导致较低的调谐电压，并因此导致雷达信号的降低的频率。
根据方法100，增加雷达信号的频率例如可以包括将频率从第一射频增加到第二射频。此外，降低雷达信号的频率可以包括将频率从第二射频降低到第一射频。这样，例如针对线性频率上啁啾和线性频率下啁啾，可以使用相同的频率范围（例如，相同的频带和相同的雷达带宽）。这可以例如降低根据方法100来操作的雷达***的硬件复杂度并且因此降低雷达***的功耗。
另外，方法100可以可选地包括在中间时间段期间保持雷达信号的频率。这里，中间时间段可以直接在第一时间间隔之后（例如跟随），并且可以直接在第二时间间隔之前（例如，发生在其之前）。也就是说，雷达信号的频率可以在中间时间间隔期间保持恒定，其中第一时间间隔、中间时间段和第二时间间隔可以直接一个接一个地发生。通过在中间时间段期间保持雷达信号的频率，根据方法100的实施例操作的雷达***可以减少其功耗，因为其例如可以如上所述避免雷达信号频率的重置。避免雷达信号的频率的重置可以缩短总占空比，并减少雷达***的操作的数目。
此外，在中间时间段期间保持雷达信号的频率可以可选地包括将频率保持在第二射频处。这样，雷达信号的频率可以在第一时间间隔期间从第一射频增加到第二射频，同时可以从第一发射天线发射雷达信号。直接在那之后，在中间时间段期间，雷达信号的频率可以保持在第二频率处。雷达信号的频率没有改变，但是可以在第二射频处被保持恒定，雷达信号的频率已被调谐到所述第二射频。直接在中间时间段之后，雷达信号的频率可以在第二时间间隔期间从第二射频降低到第一射频，同时可以从第二发射天线发射雷达信号。
这样，在第一时间间隔期间将雷达信号的频率调谐到的最后频率（例如，停止频率）可以与在第二时间间隔期间的雷达信号的第一频率（例如，开始频率）相对应（例如，相同）。因此，在第一时间间隔结束时，在第二时间间隔期间用于发射的雷达信号的频率已被调谐到第二时间间隔的开始频率。继而，可以省去用于在第二时间间隔期间调谐雷达信号的频率以用于开始发射的时间。因此，包括例如VCO的PLL可能仅需要跟随（例如，控制）连续（例如，小的）频率变化，例如，相对于雷达信号的载频的小于1.0％、小于0.5％或小于0.2％的频率变化。继而，PLL可以包括较小的环路带宽。较小的环路带宽（例如，减少到小于三分之一、到小于五分之一、或者甚至到小于十分之一的环路带宽）可导致雷达信号的减少的相位噪声和频率上啁啾和下啁啾的较高的线性度。环路带宽可以例如小于500 kHz，例如在300 kHz和500 kHz之间、在100 kHz和300 kHz之间、或者甚至小于100 kHz。此外，雷达信号的频率的连续性可以避免和/或减少雷达信号的频率的过冲。然后，减少的相位噪声、避免和/或减少的频率过冲、以及频率上啁啾和下啁啾的改善的线性度可以导致根据方法100操作的雷达***在定位和跟踪目标方面的更高精度。
可选地，方法100可以另外包括在中间时间段期间将雷达信号从第一发射天线切换到第二发射天线。切换雷达信号例如可以包括操作诸如晶体管开关、二极管开关和/或继电器之类的信号开关。通过将雷达信号从第一发射天线切换到第二发射天线，可以采用公共的PLL和由此的公共的振荡器（例如公共的VCO）以用于从第一发射天线和从第二发射天线发射雷达信号。这可以继而降低根据本公开的实施例进行操作的雷达***的硬件复杂度和由此的功耗。切换雷达信号还可以包括将来自第二发射天线的雷达信号切换回到第一发射天线。
根据方法100，第一时间间隔可以可选地长于第二时间间隔的一半，并且短于第二时间间隔的两倍。换句话说，第一时间间隔的长度和第二时间间隔的长度可以在相同的数量级内。另外以及可选地，如果在第一时间间隔期间雷达信号的频率从第一射频增加到第二射频，并且在第二时间间隔期间从第二射频降低到第一射频，则在第一时间间隔期间雷达信号的频率增加的第一速率可以在第二时间间隔期间雷达信号的频率降低的第二速率的一半和二倍之间。这样，具有公共环路带宽的公共PLL可以用于在第一时间间隔期间增加雷达信号的频率并且用于在第二时间间隔期间降低雷达信号的频率，使得频率上啁啾和下啁啾的线性度和相位噪声在第一和第二时间间隔的发射期间可以是同等（或类似）良好的。此外，例如，第一和第二时间间隔可以具有相同的长度。
此外，第一时间间隔和/或第二时间间隔可以例如是中间时间段的至少三十倍。在一些示例中，第一时间间隔和/或第二时间间隔可以是中间时间段的多于五十倍、多于一百倍或者甚至多于二百倍。换句话说，与第一和/或第二时间间隔相比，中间时间段可以是相对短的。例如，如果在中间时间段期间发射被停止（例如，中断），例如以将雷达信号从第一发射天线切换到第二发射天线，则保持中间时间段的持续时间相对地短可以允许利用电磁能对目标进行平均更长的照射并且因此可以导致目标的更精确的位置确定和/或更精确的跟踪。例如，第一和第二时间段两者可以是100μs长，而中间时间段可以是在1μs和2μs之间长，或者甚至短于1μs。
可选地，方法100还可以包括在第一时间间隔期间从目标接收雷达信号的第一反射，在第二时间间隔期间从目标接收雷达信号的第二反射，以及基于接收到的雷达信号的第一反射和/或基于接收到的雷达信号的第二反射来确定目标的位置。
可选地，方法100还可以包括设置雷达信号的调制参数，以引起在接收到的反射（例如，接收到的第一和第二反射）中的多普勒频移小于接收到的反射中由于到目标的距离引起的频移的五十倍。在某些示例中，通过相应地设置雷达信号的调制参数，多普勒频移可以小于由于到目标的距离而引起的频移的一百倍、小于五百倍、或者甚至小于一千倍。这样，接收到的第一反射和接收到的第二反射可以被视为针对确定目标的位置而言是等同的。此外，通过减少所接收的反射中的多普勒频移，可以减少根据方法100操作的雷达***的接收机侧的中频（IF）带宽。接收机侧的较小的IF带宽可以继而减少寄生信号的接收，否则该寄生信号将干扰接收到的反射并且还可以减少接收机侧的热噪声。
雷达信号的设置调制参数可以例如包括载频（例如，射频（RF）中心频率）、第一射频、第二射频、第一射频和第二射频之间的差（例如，雷达带宽）、第一时间间隔的长度（例如，上啁啾时间）以及第二时间间隔的长度（例如，下啁啾时间）。这些调制参数可以对接收到的反射的多普勒频移以及对由于到目标的距离而引起的接收到的反射的频移具有直接影响。
可选地，根据方法100，接收雷达信号的第一反射并接收雷达信号的第二反射可以包括数字波束成形。根据方法100操作的雷达***可以例如包括接收天线阵列，其中接收天线阵列的每个天线元件可以耦合到专用接收机通道。通过在接收机侧的数字波束成形，可以确定从雷达***到目标的方向。例如，可以确定接收天线阵列上的第一和/或第二反射的入射角。此入射角可以对应于从雷达***到目标的方向。通过基于接收到的反射中的频移确定到目标​​的距离以及通过确定到目标​​的方向，例如可以确定目标的位置。
根据方法100，确定目标的位置可以可选地包括至少基于雷达信号的第一接收反射来确定目标的第一位置，至少基于雷达信号的第二接收反射来确定目标的第二位置并且基于至少所述第一位置和基于所述第二位置来确定所述目标的平均位置。这样，可以显著地减少（例如，平均）接收到的反射的噪声，例如振幅和相位噪声。因此，可以以更高的精度确定目标的位置。
在根据方法100的一些示例中，目标可以是生物或生物的身体部分。生物可以是例如人类和/或动物。这样，可以知道关于目标的先验信息（例如目标的最大速度），使得可以设计根据方法100操作的雷达***以用于所述目标的检测。例如，如果雷达***用于确定生物和/或生物身体部分的位置，则可以设置雷达信号的调制参数，以引起接收到的反射中的多普勒频移显著小于由于到目标的距离而引起的接收到的反射中的频移，如上面解释的。
图2示出了根据本公开的实施例的雷达信号的频率调制200的示例。在第一时间间隔244期间，雷达信号的频率从雷达带宽242上的第一射频线性地增加到第二射频。雷达带宽（例如，第一射频和第二射频之间的差）例如可以大于4 GHz，例如在4 GHz和6 GHz之间、在6 GHz和8 GHz之间、在8 GHz和10 GHz之间、或者甚至大于10 GHz。替代地，雷达带宽242可以相对于第一和第二射频的算术平均值大于8％，例如在8％与10％之间、10％与12％之间、12％与15％之间、或者甚至大于15％。第一和第二射频可以高于40 GHz，例如在40 GHz和60 GHz之间、在50 GHz和75 GHz之间、在60 GHz和90 GHz之间、在75 GHz到110 GHz之间、或者甚至高于110 GHz。
根据图2的示例，在第一时间间隔244的第一时间实例（instance）中，雷达信号的频率等于第一射频，而在第一时间间隔244的最后时间实例中，雷达信号的频率等于第二射频。在第一时间间隔244期间，从第一发射天线发射雷达信号。
中间时间段246直接在第一时间间隔244之后（例如跟随）。雷达信号的频率在整个中间时间段246上保持在第二射频处。在中间时间段246期间，雷达信号可以从第一发射天线切换到第二发射天线。
中间时间段246直接被第二时间间隔248接续（例如跟随）。雷达信号的频率在第二时间间隔248期间在雷达带宽242上线性地降低。在第二时间间隔248的第一时间实例下，雷达信号的频率等于第二射频，并且在第二时间间隔248的最后时间实例下，雷达信号的频率等于第一射频。在第二时间间隔248期间，从第二发射天线发射雷达信号。
第一和第二时间间隔244、248例如可以短于500μs，例如在300μs和500μs之间、在150μs和300μs之间、在50μs和150μs之间、或者甚至短于50μs。中间时间段246显著短于第一时间间隔244和/或第二时间间隔248，例如在1μs和2μs之间、在500 ns和1μs之间、或者短于500 ns。
直接地在第二时间间隔248之后是暂停时段249。在暂停时段期间，例如通过暂时关掉耦合到第一和/或第二发射天线的功率放大器，可以暂停来自第一和第二发射天线的发射，这可减少功耗。此外，在暂停时段期间，可以将雷达信号的频率保持在第一射频处，并且可以将雷达信号再次切换回到第一发射天线。暂停时段249可以与中间时间段246一样短，或者比中间时间段246长，例如长于中间时间段246的两倍或长于中间时间段246的十倍。
在暂停时段249已过去之后，可以重复来自第一和第二发射天线的上述调制和发射。这样，可以从第一发射天线发射一系列线性频率上啁啾，并且可以从第二发射天线发射一系列线性频率下啁啾。这样，可以重复地确定目标的位置，这可以改善位置确定的精度（例如，减少噪声）和/或可以随时间跟踪目标。
利用图2的提议的调制方案，例如不要求提供雷达信号并控制雷达信号的频率的PLL支持从具有由PLL所包含的VCO的低调谐灵敏度的区域到具有VCO的大调谐灵敏度的区域的大频率跳跃。例如，要求的最大带宽（例如，PLL的最大环路带宽）与啁啾的（例如，频率上啁啾和/或频率下啁啾的）点数相关。这样，例如，***（例如，雷达***）可以针对噪声和线性度进行优化。此外，在一些示例中，在第一时间间隔期间的频率上啁啾可以对应于锯齿函数，而在第二时间间隔期间的频率下啁啾可以对应于反（reverse）锯齿函数。中间时间段246可以可选地用于在第一发射机和第二发射机之间切换配置。此外，在一些示例中，中间时间段246可以尽可能短，而对PLL带宽（例如PLL的环路带宽）没有任何影响。
结合上面或下面描述的实施例来提及更多细节和方面。图2中所示的实施例可以包括与结合所提议的概念而提及的一个或多个方面或者上面（例如图1）或下面（例如图3-图7b）描述的一个或多个实施例相对应的一个或多个可选附加特征。
图3示出了根据实施例的雷达信号的接收到的反射的频域表示300的示例。可以例如在雷达***的接收机侧将接收到的反射下变频到中频。
接收到的反射可以例如包括接收到的第一和第二反射。接收到的第一反射可以对应于在第一时间间隔期间（例如在频率上啁啾期间）从第一发射天线发射的雷达信号。由于可以例如在第一时间间隔期间发射雷达信号时接收第一反射，所以可以将第一反射的瞬时频率与在雷达***处的第一反射的接收期间从第一发射天线发射的雷达信号的瞬时频率进行比较。例如，由于雷达信号从第一发射天线到目标并再次返回到雷达***的传播时间，第一反射的瞬时频率可能低于从第一发射天线发射的雷达信号的瞬时频率。第一反射的瞬时频率与从第一发射天线发射的雷达信号的瞬时频率之间的差可以指示从第一发射天线到目标的距离和/或目标的速度（例如，目标相对于第一发射天线的径向速度）。
类似地，接收到的第二反射可以对应于在第二时间间隔期间（例如在频率下啁啾期间）从第二发射天线发射的雷达信号。可以在第二时间间隔期间发射雷达信号时接收第二反射。在第二反射的接收期间，可以将第二反射的瞬时频率与从第二发射天线发射的雷达信号的瞬时频率进行比较。例如，由于雷达信号从第二发射天线到目标并再次回到雷达***的传播时间，第二反射的瞬时频率可比从第二发射天线发射的雷达信号的瞬时频率更高。再次地，第二反射的瞬时频率与从第二发射天线发射的雷达信号的瞬时频率之间的差可以指示从第二发射天线到目标的距离和/或目标的速度（例如，目标相对于第二发射天线的径向速度）。
检测频率，例如，第一/第二反射的瞬时频率和从第一/第二发射天线发射的雷达信号的瞬时频率之间的频率差分别可以计算为：
等式1：
。
在第一时间间隔期间（例如在线性频率上啁啾期间），在等式1中使用加号，而在第二时间间隔期间（例如在线性频率下啁啾期间），在等式1中使用减号。在不失一般性的情况下，在等式1中假设第一和第二时间间隔包括相等的长度T（例如，相等的上啁啾和下啁啾时间）。如果第一和第二时间间隔具有不同的长度，则等式1可以由技术人员对应地进行修改。变量B表示第一射频和第二射频之间的差（例如，雷达带宽），在其之间雷达信号的频率在第一时间间隔期间线性地增加并且在第二时间间隔期间线性地降低。 是分别从第一和/或第二发射天线到目标的距离。是光速。是第一射频和第二射频的算术平均值，例如RF中心频率。换句话说，是雷达信号的载频。是目标分别相对于第一和第二发射天线的径向速度。
因此，通过检查等式1，可以由两个分量产生检测频率。检测频率的第一分量可以是由于目标的径向速度引起的，这引起接收到的第一和第二反射的多普勒频移：
等式2：
。
对于朝向第一和第二发射天线（例如，朝向雷达***）移动的目标，径向速度可以包括正值。对于远离第一和第二发射天线（例如，远离雷达***）移动的目标，径向速度可以包括负值。
检测频率的第二分量可以是由于到目标的距离引起的，例如从第一和第二发射天线到目标的距离：
等式3：
。
在等式3中，在频率上啁啾期间使用加号，并且在频率下啁啾期间使用减号。
参考图3，移动目标可以增加和/或降低检测频率。检测频率是增加还是降低可以取决于啁啾方向（例如，雷达信号的频率是增加还是降低）以及取决于目标移动方向。在图3中，目标具有正的径向速度，使得在频率上啁啾期间（例如，在第一时间间隔期间），检测频率被增加多普勒频移，导致更高频率的频谱分量354。类似地，在频率下啁啾期间（例如，在第二时间间隔期间），检测频率被降低相同的多普勒频移，导致更低频率的频谱分量356。
结合上面或下面描述的实施例来提及更多细节和方面。图3中所示的实施例可以包括与结合所提议的概念而提及的一个或多个方面或者上面（例如图1-图2）或下面（例如图4-图7b）描述的一个或多个实施例相对应的一个或多个可选附加特征。
图4显示了包括由于针对调制参数集合的针对目标的各种速度和各种距离的到目标的距离所引起的频移和多普勒频移的表400。在此示例中，调制参数包括：设置到60 GHz的RF中心频率（例如，雷达中心频率）、设置到7 GHz的雷达带宽B（例如，第一和第二射频之间的差）、以及两者设置到100μs的第一和第二时间间隔的长度T（例如，啁啾时间）。
如已经结合图1所解释的那样，根据本公开的实施例，可以可选地设置雷达信号的调制参数以引起接收到的反射中的多普勒频移（例如，）显著小于接收到的反射中由于到目标的距离引起的频移（例如，）。这可以例如通过使用关于要被检测的目标的先验信息来实现。例如，根据实施例进行操作的雷达***可以被设计用于检测具有最大径向速度和离雷达***的最小距离的目标。此类目标可以例如包括生物或生物的身体部分。
目标的最大径向速度（例如，假定的最大径向速度）可以例如低于10 m/s、低于5m/s、或者甚至低于1 m/s。到目标的最小距离（例如，假定的到目标的最小距离）可以例如短于10 m、短于5 m、短于1 m、或者甚至短至或短于10 cm。
在图4的表400的示例中，目标的最大径向速度为1 m/s，并且到目标的最小距离为0.1 m。相应地，最大多普勒频移458等于400 Hz，其比由于到目标的最小距离引起的大约46.667 kHz的最小频移462显著更低（例如，低至百分之一以下）。也就是说，至少在运行快速啁啾的测距***的一些示例中，与由于到目标的距离引起的频移相比，多普勒频移可能是非常小的。
结合上面或下面描述的实施例来提及更多细节和方面。图4中示出的实施例可以包括与结合所提议的概念而提及的一个或多个方面或者上面（例如图1-图3）或下面（例如图5a-图7b）描述的一个或多个实施例相对应的一个或多个可选附加特征。
图5a示出根据本公开的实施例的雷达***500的范围到距离门564中的划分。例如，雷达***500的范围可以被划分成相邻的段，所述段当被缝合在一起时，可以覆盖雷达***500的整个范围。距离门可以例如比1cm宽，例如在1 cm和10 cm之间、在10 cm和50 cm之间、在50 cm和100 cm之间、或者甚至宽于100 cm。在距离门中检测到的目标可以在雷达***500的接收机侧引起对应的中频，如由图5b中所示的频率功率谱550所显示的那样。最接近雷达***500的源566（例如，第一和/或第二发射天线）的距离门中的目标可以例如引起最小的中频572（例如，根据等式1的最小检测频率）。离源566最远的距离门中的目标可以例如引起最大中频574（例如，根据等式1的最大检测频率）。雷达***的范围分辨率可以例如被定义为雷达***区分两个接近的目标的能力。
图5a-b结合图4进一步示出：针对本公开的测距***的至少一些示例（例如针对用于手势感测的测距***），与在特定距离处的目标相关联的中频可以比多普勒频移大几个数量级，其中该范围可以低于例如10m。此外，可以与此***相关联的每个距离门在10 kHz的范围中（1/啁啾修剪（1/chirp trim））。
在雷达信号的调制参数被设置成引起接收到的反射中的多普勒频移显著小于接收到的反射中由于到目标的距离而引起的频移的情况下，如结合图4所解释的，由于多普勒频移而引起的与目标相关联的误差（例如，定位误差）可以比距离门的宽度更小得多，例如，到百分之一以下、到五百分之一以下、或者到一千分之一以下。这样，雷达***500（例如，雷达传感器）仍然可以在正确（例如预期的）距离门中检测目标。在这个意义上，可以认为频率上啁啾和频率下啁啾在帧（frame）中执行的啁啾系列中是等价的。继而，对PLL带宽和VCO的要求例如可以被放松（relax）。所要求的带宽（例如，PLL的环路带宽）可以足以为啁啾中的步数提供特定的线性度。雷达***然后可以例如针对噪声（例如，相位噪声）和线性度以不同的权衡（trade-off）进行优化。
结合上面或下面描述的实施例来提及更多细节和方面。图5a、图5b中示出的实施例可以包括与结合所提议的概念而提及的一个或多个方面或者上面（例如图1-4）或下面（例如图6-7b）描述的一个或多个实施例相对应的一个或多个可选附加特征。
图6示出了根据实施例的雷达***600的框图。雷达***600包括第一发射天线632和至少一个第二发射天线634。另外，雷达***600包括锁相环610，其被配置成在第一时间间隔期间增加雷达信号的频率并且被配置成在第二时间间隔期间降低雷达信号的频率。雷达***600还包括信号开关620，其被配置成在第一时间间隔期间将雷达信号切换（例如，提供）到第一发射天线632，并且在第二时间间隔期间将雷达信号切换（例如，提供）到第二发射天线634。
雷达***600可以例如被配置成执行结合图1描述的方法。关于雷达***600的实现的细节在上面结合图1到图5而被提及。
可选地，第一发射天线632和至少一个第二发射天线634之间的最小距离可以大于雷达信号的波长。波长可以例如对应于雷达信号的最小自由空间波长。当雷达信号的频率最大时，例如在第一时间间隔期间雷达信号的频率已从第一射频增加到第二射频之后，雷达信号的自由空间波长可以是最小的。在第二射频处，雷达信号的自由空间波长可以是最小的。最小自由空间波长可以例如短于1 cm，例如在1 cm和5 mm之间、5 mm和1 mm之间、或者甚至短于1 mm。
通过雷达信号的多于一个波长（例如，在一个和两个波长之间、在两个和五个波长之间、或者甚至多于五个波长）的第一发射天线632和第二发射天线634的空间分离，雷达***600可以例如根据立体雷达***操作，其除了确定目标的位置和/或速度之外可以允许例如获得关于目标的尺寸和/或形状的信息。例如，这可以被应用在手势感测雷达***中，其中可以根据实施例由雷达***识别、区分和/或解释生物的（例如，人类的和/或动物的）身体部分的不同移动和/或不同姿势。
可选地，雷达***600可以根据频率调制的连续波（FMCW）雷达（例如线性频率调制的连续波雷达）来操作。
结合上面或下面描述的实施例来提及更多细节和方面。图6中示出的实施例可以包括与结合所提议的概念而提及的一个或多个方面或者上面（例如图1-5b）或下面（例如图7a-b）描述的一个或多个实施例相对应的一个或多个可选附加特征。
图7a示出了根据示例的雷达***700的另一框图。雷达***700类似于图6的雷达***。PLL 710耦合到射频前端730。射频前端730包括第一发射天线732和第二发射天线734以及接收天线阵列736。接收天线阵列736包括四个接收天线元件（例如，用于接收元件）。每个接收天线元件耦合到专用接收通道。每个专用接收通道可以提供接收的中频信号，如结合图5a、图5b所解释的。专用接收通道的中频信号每个耦合到专用模数转换器（ADC），使得可以在数字域中分开地处理和/或分析中频信号。例如，可以计算每个中频信号的快速傅里叶变换（FFT）。可以根据中频信号的FFT来计算中频信号之间的相移。所计算的相移然后可以指示接收的反射的入射角，并且因此指示从接收天线阵列736到引起反射的目标的方向。换句话说，雷达***600可以基于其接收机侧上的数字波束成形来确定到目标​​的方向。
此外，中频信号的FFT可以求和，并且可以在通用串行总线（USB）端口处提供它们的和。可以例如在诸如微控制器、现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）或专用集成电路（ASIC）之类的混合信号电路740上执行中频信号的模数转换、其FFT的计算以及FFT的求和。
使用电压调节器738（例如，线性低压差稳压器和/或开关电压调节器）来向PLL710，RF前端730和混合信号电路740供应功率。
此外，PLL 710、RF前端730、混合信号电路740和电压调节器738可以可选地集成到公共半导体封装中或公共半导体管芯中。
此外，图7a中示出的雷达***700可以例如基于用于利用两个发射机和四个接收机的数字波束成形的六通道收发器。雷达***700可以从啁啾到啁啾（例如，从频率上啁啾到频率下啁啾，并且反之）在Tx1（例如第一发射天线732）和Tx2（例如第二发射天线734）之间切换（toggle）。
图7b图示了多个发射元件如何可以形成用于雷达***700的出自真实接收元件的多个合成接收通道的概念750。通过例如大于雷达信号的波长的第一发射天线732与第二发射天线734的空间分离，雷达***700可以根据合成孔径雷达进行操作。继而，可以改善雷达***700的角分辨率，例如通过雷达***700可以区分角度分开小于10°、小于5°、或者甚至小于2°的两个目标。
结合上面或下面描述的实施例来提及更多细节和方面。图7a、b中所示的实施例可以包括与结合所提议的概念而提及的一个或多个方面或者上面（例如图1-6）或下面描述的一个或多个实施例相对应的一个或多个可选附加特征。
一些实施例涉及用于手势感测***的调制方案以及涉及基于由用于数字波束成形的两个发射机组成的收发机的测距***。此类***可以在帧中执行一系列啁啾，同时从啁啾到啁啾在两个发射机之间切换。代替在两个发射机上运行上啁啾（例如，锯齿），为了改善啁啾的线性度并简化PLL设计，第一发射机可以使用上啁啾，并且第二发射机可以使用下啁啾。当执行非常快的啁啾时，那些可以被视为是等效的，例如多普勒频移不影响与目标相关联的中频。
此外，一些实施例涉及要求高分辨率的毫米波手势感测***。例如，高分辨率可以通过使用大的带宽（例如7 GHz或更大的带宽）来实现。一些毫米波手势感测***可以例如包括与7 GHz或更大的频率范围相对应的具有在0和5V之间或更小的调谐电压的VCO。在便携式电池供电的应用中，调谐电压范围可以甚至更小，例如在0和3.7V之间，与例如7 GHz或更大的频率范围相对应。
当计算机程序在计算机或处理器上执行时，示例实施例还可以提供具有用于执行上述方法之一的程序代码的计算机程序。本领域技术人员将容易地认识到，可以通过编程的计算机来执行各种上述方法的动作。在本文中，一些示例实施例还旨在覆盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，其是机器或计算机可读的并且对指令的机器可执行或计算机可执行程序进行编码，其中指令执行上述方法的动作中的一些或全部。程序存储设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁性存储介质、硬盘驱动器、或光学可读数字数据存储介质。另外的示例实施例还旨在覆盖被编程以执行上述方法或（现场）可编程逻辑阵列（（F）PLA）或（现场）可编程门阵列（（F）PGA）的动作的计算机，其被编程以执行上述方法的动作。
说明书和附图仅仅图示了本公开的原理。因此，将理解的是，本领域技术人员将能够设计各种布置，其尽管未在本文中明确描述或示出，但是体现了本公开的原理并且被包括在其精神和范围内。此外，本文所记载的所有示例原则上明确旨在仅用于教学目的，以帮助读者理解由（多个）发明人为促进本领域而贡献的本公开和概念的原理，并且将被解释为对此类具体记载的示例和条件没有限制。此外，记载本公开的原理、方面和实施例的本文中的全部声明以及其具体示例旨在涵盖其等同物。
本领域技术人员应当理解，本文的任何框图表示体现本公开原理的说明性电路的概念图。类似地，将理解的是，任何流程图、流程图表、状态转换图、伪代码等表示可以基本上在计算机可读介质中表示并且由计算机或处理器如此执行的各种过程，而不管是否明确地示出此类计算机或处理器。
此外，下面的权利要求在此被合并到具体实施方式中，其中每个权利要求可以独立地作为单独的实施例。在每个权利要求可以独立地作为单独的实施例时，要注意的是，尽管从属权利要求可以在权利要求中涉及与一个或多个其它权利要求的特定组合，但是其它实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属或者独立权利要求的主题的组合。除非声明具体组合不是希望的，否则在本文提议此类组合。此外，旨在将权利要求的特征也包括到任何其它独立权利要求，即使此权利要求不直接从属于该独立权利要求。
还应该注意的是，说明书中或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的相应动作中的每个的装置的设备来实现。
此外，要理解的是，说明书或权利要求书中公开的多个动作或功能的公开可不被解释为在特定顺序内。因此，多个动作或功能的公开不将不使这些限制到特定顺序，除非此类动作或功能由于技术原因是不可互换的。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括多个子动作或者可以被分解成多个子动作。此类子动作可以被包括并且是此单个动作的公开的一部分，除非明确被排除。

Claims (16)

1.一种用于操作雷达***的方法，所述方法包括：
在第一时间间隔期间增加雷达信号的频率；
在所述第一时间间隔期间从第一发射天线发射雷达信号；
在第二时间间隔期间降低所述雷达信号的频率；和
在所述第二时间间隔期间从第二发射天线发射所述雷达信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中增加所述雷达信号的频率包括将所述频率从第一射频增加到第二射频，并且其中降低所述雷达信号的频率包括将所述频率从所述第二射频降低到所述第一射频。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括在中间时间段期间保持所述雷达信号的频率，其中所述中间时间段直接在所述第一时间间隔之后并直接在所述第二时间间隔之前。
4.根据权利要求3所述的方法，其中保持所述雷达信号的频率包括将所述频率保持在所述第二射频处。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括在所述中间时间段期间将所述雷达信号从所述第一发射天线切换到所述第二发射天线。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间间隔比所述第二时间间隔的一半更长并且比所述第二时间间隔的两倍更短。
7.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一时间间隔和所述第二时间间隔中的至少一个是所述中间时间段的至少三十倍长。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述第一时间间隔期间从目标接收所述雷达信号的第一反射；
在所述第二时间间隔期间从目标接收所述雷达信号的第二反射；和
基于所述雷达信号的接收的第一反射和雷达信号的接收的第二反射中的至少一个来确定所述目标的位置。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括设置所述雷达信号的调制参数以引起接收的反射中的多普勒频移小于由于到所述目标的距离引起的在接收的反射中的频移的五十倍。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述雷达信号的所述调制参数包括载频、所述第一射频、所述第二射频、所述第一射频和所述第二射频之间的差、所述第一时间间隔的长度和所述第二时间间隔的长度中的至少一个。
11.根据权利要求8所述的方法，其中接收所述雷达信号的所述第一反射以及接收所述雷达信号的所述第二反射包括数字波束成形。
12.根据权利要求11所述的方法，其中确定所述目标的位置包括至少基于所述雷达信号的所述第一接收反射来确定所述目标的第一位置，至少基于所述雷达信号的第二接收反射来确定所述目标的第二位置，以及基于至少所述第一位置和基于所述第二位置来确定所述目标的平均位置。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标是生物或生物的身体部分。
14.一种雷达***，包括：
第一发射天线和至少一个第二发射天线；
锁相环，所述锁相环被配置成在第一时间间隔期间增加雷达信号的频率并且被配置成在第二时间间隔期间降低所述雷达信号的频率；和
信号开关，所述信号开关被配置成在所述第一时间间隔期间将所述雷达信号切换到所述第一发射天线，并且在所述第二时间间隔期间将所述频率调制输出信号切换到所述第二发射天线。
15.根据权利要求14所述的雷达***，其中所述第一发射天线和所述至少一个第二发射天线之间的最小距离大于所述雷达信号的波长。
16.根据权利要求14所述的雷达***，其中所述雷达***根据频率调制连续波雷达来进行操作。
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