CN111044999A - 在调频连续波雷达单元中减少干扰的方法、设备及*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在调频连续波雷达单元中减少干扰的方法、设备及***。提供了一种用于在调频连续波FMCW类型的静止雷达单元中减少干扰的方法。接收差拍信号序列，将参考差拍信号计算为该序列中一个或多个差拍信号的均值或中值。通过将差拍信号与参考差拍信号之间的差或该差的导数与一个或多个阈值进行比较，来识别遭受干扰的片段。差拍信号的片段由该序列中相邻差拍信号的对应片段和参考差拍信号的对应片段中的一个或多个替换。

Description

在调频连续波雷达单元中减少干扰的方法、设备及***
技术领域
本发明涉及调频连续波(FMCW)雷达领域。尤其是，它涉及一种用于FMCW类型的静止雷达单元中减少干扰的方法、设备及***。
背景技术
将雷达用于监视监控及将雷达用在车辆中变得越来越流行，因为这允许测量对象的距离、速率及角度。例如，雷达单元可用作监视摄像机的补充，以提供关于场景中对象的信息。随着雷达的使用变得更为普遍，不同雷达开始互相干扰的风险增大。举例来说，用于监控交通的雷达可能遭受来自安装在通过车辆中的雷达的干扰。作为干扰结果，雷达的功能可能恶化，或在最坏情况下完全故障。
一种减少干扰的方法是将基带雷达数据中所有受扰数据设为0。然而，因在频域中对雷达数据进行变换和处理以计算对象的距离、速率及角度，所以那种方法引入了伪影(artefact)。这些伪影可能最终导致对象的错误检测。因而有改进空间。
发明内容
综上所述，本发明的目标因此是减轻上述问题，并提供一种减少FMCW类型的雷达单元中的干扰、尽可能少地导致伪影的方法。
根据第一方面，上述目标由一种用于在调频连续波FMCW类型的静止雷达单元中减少干扰的方法实现，包括：
接收与雷达单元发射的第一信号序列相对应的差拍信号的序列，
其中每个差拍信号为在雷达单元发射的第一信号序列中与差拍信号对应的信号和由雷达单元的接收天线响应于对应信号而接收的信号的混合；
将参考差拍信号计算为差拍信号的序列中的一个或多个差拍信号的均值或中值；
针对差拍信号的序列中的差拍信号，识别遭受来自与雷达单元分离的发射器的干扰的差拍信号的片段，其中通过将差拍信号与参考差拍信号之间的差和该差的导数中的至少之一与一个或多个阈值进行比较，来识别该片段；并且
通过替换差拍信号的片段来减少差拍信号中的干扰，其中差拍信号的片段由差拍信号的序列中的相邻差拍信号的对应片段和参考差拍信号的对应片段中的一个或多个替换。
图1示意性图示了差拍信号2的序列c，每个差拍信号2具有s个时间样本3。沿图1的水平轴，c个差拍信号2被组织成彼此紧挨着，以第一信号开始，并且沿垂直轴布置每个差拍信号的时间样本。如果雷达单元遭受干扰，每个差拍信号2将在其片段中受扰。然而，不同的差拍信号2在不同的片段中受扰。当以图1的方式组织差拍信号2时，干扰通常出现为如图1所图示的带1。带1具有取决于与干扰信号的特性相关的由雷达单元发射的信号特性而不同的形状。
因不同的差拍信号在不同片段中受扰，所以差拍信号的受扰值对关于差拍信号的对应时间样本而计算的均值或中值几乎无影响。进一步地，因雷达单元是静止的，所以序列中差拍信号之间的变化相当小。因此，除了差拍信号受干扰的那些时间间隔，差拍信号可被预期为类似于所计算的均值或中值。
因此，提出计算此类均值或中值，并且出于识别差拍信号的受扰片段的目的而将它用作参考信号。以那种方式，可以高精度地识别差拍信号的受扰片段。
进一步地，参考信号或序列中的相邻差拍信号可用于替换差拍信号的受扰片段。以那种方式，差拍信号的受扰片段由可被期望为非常类似于差拍信号的信号的对应片段替换。相较于用零替换受扰样本，在频域中处理差拍信号时，这将导致较少的伪影。
进一步注意，用于减少干扰的参考差拍信号的计算及使用是易于实现的，且具有低计算复杂度。因此，提出的方法允许低计算成本的减少干扰。
减少雷达单元中的干扰通常意指减少与雷达单元分离的单元的发射器所引起的干扰。
如FMCW雷达领域中公知的，差拍信号为雷达单元发射的信号和雷达单元响应于该信号而接收的信号的混合。差拍信号有时也称作中频IF信号。
由雷达单元发射的第一信号序列可与时间帧相对应。FMCW雷达发射的信号有时称作啁啾。此类雷达因此有时称作啁啾序列FMCW。
一个或多个差拍信号的均值或中值指的是在一个或多个差拍信号之间计算的均值或中值。更具体地，关于一个或多个差拍信号的对应时间样本来计算均值或中值。
与雷达单元分离的发射器可以是另一雷达单元的发射器。然而，在与雷达单元相同的频带中操作的其它类型的发射器也可能导致干扰。
差的导数可为差的任意导数，包括一阶导数、二阶导数、三阶导数等。
差拍信号的片段意指差拍信号的时段。因差拍信号包括时间样本，所以差拍信号的片段包括一个或多个连续的时间样本。另一信号的对应片段指的是对应的时段，即另一信号的相同时段。要理解，差拍信号可能在多于一个的片段中遭受干扰。该方法可包括识别并替换每个此类片段。
在序列中紧挨着某个差拍信号的差拍信号称作序列中的相邻差拍信号。相邻差拍信号可在序列中的某个差拍信号之前或之后。
雷达信号的处理时常是实时进行的。因此，期望具有可即时操作的减少干扰方法。出于这个目的，可顺序地执行提出的方法，从而在***中引入最小的延迟。尤其是，随着接收差拍信号，可以以顺序的方式执行遭受干扰的片段的识别和这些片段的替换。更具体地，该方法可进一步包括顺序地处理差拍信号的序列，其中顺序地对差拍信号的序列中的差拍信号执行识别及减少的步骤。顺序处理意指按序列中的差拍信号在序列中出现的次序来一个接一个地对它们进行处理。
可将参考差拍信号计算为差拍信号的序列中全部差拍信号的均值或中值。通过在计算参考差拍信号时包括全部差拍信号，使任意受扰信号值对参考差拍信号的影响最小化。然而，这要求在可计算参考信号之前序列中的全部差拍信号都可用。结果，直至接收了全部差拍信号，才能启动遭受干扰的差拍信号片段的识别及替换。
作为替代方式，在差拍信号的顺序处理中可包括参考差拍信号的计算，这样根据到目前为止已接收到的差拍信号来计算均值或中值。更具体地，顺序地处理差拍信号的序列可进一步包括顺序地重复计算参考差拍信号的步骤，其中将参考差拍信号计算为先于差拍信号的序列中当前处理的差拍信号的差拍信号均值或中值、或先于并包含差拍信号的序列中当前处理的差拍信号的差拍信号的均值或中值。以这种方式，一接收到差拍信号，就可开始参考信号的计算和遭受干扰的差拍信号片段的识别及替换。因此，可即时处理数据。
如果差拍信号的顺序处理包括参考差拍信号的计算，可采用不同方法来用于如何计算用于序列中第一差拍信号的参考差拍信号。
根据第一种方法，雷达单元可在第一信号序列之前发出另一信号序列。另一信号序列可称作预信号序列。预信号序列可看作第一信号序列的扩展。实践中，雷达单元将发出包括先于第一信号序列的预序列的单个信号序列。响应于另一信号序列，雷达单元接收另一差拍信号序列。参考差拍信号可根据另一差拍信号序列计算，并用作用于序列中的第一差拍信号的参考差拍信号。更具体地，该方法可进一步包括：接收与雷达单元发射的另一信号序列相对应的另一差拍信号序列，该另一信号序列在雷达单元发射的第一信号序列之前，且与第一信号序列直接相关，其中，在处理差拍信号序列中的第一差拍信号时，将参考差拍信号计算为另一差拍信号序列中的差拍信号的均值或中值。以此方式，在要处理序列中的第一差拍信号时，已获得用于参考差拍信号的好的起始值。
根据第二种方法，处理差拍信号序列中的第一差拍信号时，将参考差拍信号设为等于差拍信号序列中的第一差拍信号。以此方法，雷达单元无需发射另一信号序列。然而，相较于上面描述的第一种方法，对于差拍信号序列中的前几个差拍信号，干扰的识别及减少通常更差。
如上所解释的，遭受干扰的差拍信号的片段的识别可基于差拍信号与参考信号之间的差。可通过使差本身的绝对值阈值化和/或使差的导数的绝对值阈值化来找到此类片段。例如，片段可被识别为差拍信号的时段，在时段中差和差的导数中的任一绝对值分别超过第一阈值及第二阈值。换言之，在识别的步骤中，片段被识别为差拍信号的一部分，在该部分中差和差的所述导数中的至少之一分别与零偏离多于第一阈值和第二阈值。
差拍信号的遭受干扰的片段可由序列中相邻差拍信号的对应片段、和/或由参考信号的对应片段替换。在相邻差拍信号在对应片段中未遭受干扰的条件下，可进行将差拍信号的片段替换为相邻差拍信号的对应片段。更具体地，如果相邻差拍信号的对应片段未被识别为遭受来自与雷达单元分离的发射器的干扰，该片段可仅由相邻差拍信号的对应片段替换。以此方式，避免有缺陷的片段被另一有缺陷的片段替换。
在减少干扰的步骤中，如果相邻差拍信号的对应片段未被识别为遭受来自与雷达单元分离的发射器的干扰，差拍信号的片段可由相邻差拍信号的对应片段替换，否则差拍信号的片段可由参考差拍信号的对应片段替换。只要相邻差拍信号未在相关的片段中遭受干扰，由相邻差拍信号的对应片段替换因此可优先于由参考差拍信号的对应片段替换。此方法被发现最终导致较少的伪影。
还可以在遭受干扰的片段中将由相邻差拍信号替换和由参考信号替换相结合。更具体地，在减少干扰的步骤中，差拍信号的片段的第一部分可由相邻差拍信号的对应第一部分替换，差拍信号的片段的第二部分可由参考差拍信号的对应第二部分替换。以此方式，在由相邻差拍信号替换和参考差拍信号替换之间的选择有更大的灵活性。
例如，相邻差拍信号可以被识别为在与第二部分相对应的片段中而不是在与第一部分相对应的片段中遭受来自与雷达单元分离的发射器的干扰。因此，相邻差拍信号可有利地被用来替换该片段的第一部分中而不是该片段的第二部分中的差拍信号。
雷达单元可具有多于一个的接收天线。在那种情况下，可针对雷达单元的每个接收天线执行该方法。该方法因此可有效地用于减少与每个接收天线相对应的差拍信号中的干扰。
根据第二方面，上述目标由用于减少调频连续波FMCW类型的雷达单元产生的差拍信号中的干扰的设备实现，包括：
接收器，被配置为接收与雷达单元发射的第一信号序列相对应的差拍信号序列，
其中每个差拍信号为在雷达单元发射的第一信号序列中与差拍信号对应的信号和由雷达单元接收天线响应于对应信号而所接收的信号的混合；
计算器，被配置为将参考差拍信号计算为差拍信号序列中一个或多个差拍信号的均值或中值；
识别器，被配置为针对差拍信号序列中的差拍信号而识别遭受来自与雷达单元分离的发射器的干扰的差拍信号的片段，其中识别器被配置为通过将差拍信号与参考差拍信号之间的差和差的导数中的至少之一与一个或多个阈值进行比较，来识别该片段；
减少***，被配置为通过替换差拍信号的片段来减少差拍信号中的干扰，其中减少***被配置为用差拍信号序列中相邻差拍信号的对应片段和参考差拍信号的对应片段中的一个或多个来替换差拍信号的片段。
根据第三方面，上述目标由用于减少干扰的调频连续波FMCW雷达***实现，包括：
雷达单元，包括：发射天线，被配置为发射第一信号序列；接收天线，被配置为响应于发射天线发射的第一信号序列而接收第二信号序列；以及混合器，被配置将第一信号序列和第二信号序列混合，以生成差拍信号序列；和
根据第二方面的设备，其中该设备布置在雷达单元的下游，以减少混合器生成的差拍信号序列中的干扰。
根据第四方面，提供了一种非暂时性计算机可读介质，具有存储在其上的计算机代码指令，该计算机代码指令被配置为由具有处理能力的设备执行时，执行根据第一方面的方法。
第二、第三及第四方面通常可具有与第一方面相同的特征及优点。进一步注意，本发明涉及特征的所有可能组合，除非另外明确说明。
附图说明
参考附图，通过本发明的实施例的以下说明性及非限制性的详细描述将更好理解本发明的上面以及额外的目标、特征及优点，在附图中，相同的附图标记将用于类似的元件，其中：
图1示意性图示了遭受干扰的差拍信号序列。
图2示意性图示了根据实施例的雷达***。
图3示意性图示了根据实施例的用于减少差拍信号中的干扰的设备。
图4为根据实施例的用于在FMCW类型的静止雷达单元中减少干扰的方法的流程图。
图5为根据实施例的用于在FMCW类型的静止雷达单元中减少干扰的方法的流程图，其中差拍信号被顺序地处理。
图6示意性图示了根据实施例如何计算参考差拍信号。
图7示意性图示了根据实施例的雷达单元所发射的第一信号序列以及先于第一信号序列发射且与第一信号序列直接连接的另一信号序列。
图8图示了根据实施例的如何可以识别遭受干扰的差拍信号的片段。
图9图示了根据实施例的差拍信号和参考差拍信号之差的阈值化。
图10图示了根据实施例的用于识别遭受干扰的片段的位向量的修改。
图11a至图11c示意性图示了根据实施例的由邻近差拍信号和/或由参考差拍信号对差拍信号的片段的替换。
图12图示了根据实施例如何可以替换遭受干扰的差拍信号的片段。
具体实施方式
现在将在下文中将参考在其中示出本发明的实施例的附图更充分地描述本发明。本文公开的***及设备将在操作期间被描述。
图2图示了FMCW雷达***200。雷达***200可用作视频摄像机的补充。例如，雷达***200可包含在视频摄像机内。雷达***200包括雷达单元和一个或多个减少干扰设备212a、212b。雷达***还可包括雷达处理设备214。雷达单元201包括一个或多个发射天线204、一个或多个接收天线206a、206b，以及一个或多个混合器208a、208b。雷达单元201还可包括合成器202。
发射天线204被配置为发射信号序列。可以在帧内发射信号序列。例如，发射天线204可在第一帧内发出信号序列。然后，发射天线204可在在第二帧内发出信号序列之前静默一会。图7图示了在第一帧702内发射的信号序列701和在第二帧704内发射的另一信号序列203。
具体地，发射天线204可发出第一信号序列203。第一信号序列203可与帧704相对应。第一信号序列203可由合成器202生成。第一序列203中的每个信号可为频率随时间线性增大的正弦曲线，有时也称作啁啾。
在被发射的第一信号序列203中的信号为在场景中被反射的对象。接着，被反射的信号205由每个接收天线206a、206b在不同角度接收。因而，每个接收天线206a、206b响应于发射天线204所发射的第一信号序列203，而接收信号序列207a、207b。除了被反射的信号205，接收天线206a、206b还可接收从不是雷达单元201的一部分的(诸如其它雷达单元的发射器之类的)发射器所发射的信号。那些信号将与在接收天线206a、206b处的被反射的信号205叠加。因此，每个接收的信号序列207a、207b可具有源自被反射的信号205的分量和源自干扰发射器的另一分量。此处图示了两个接收天线206a、206b。然而，在实际中，雷达***200可具有任意数量的接收天线。
然后，由对应的混合器208a、208b将由接收天线206a、206b接收的信号序列207a、207b中的每一个与第一信号序列203混合。原则上，每个混合器208a、208b通过计算输入信号之积来混合它的输入信号。混合器208a、20b生成的输出信号称作差拍信号序列或中频信号序列。据此，针对每个接收天线206a、206b生成差拍信号序列210a、210b。混合器208a、208b用来改变它的输入信号的频带。尽管发射器204发出的信号203可在Ghz范围内，但差拍信号一般在MHz范围内。差拍信号序列210a、210b可以说是构成了雷达***200的基带数据。如图1所图示的，每个差拍信号序列210a、210b可能遭受干扰。
接着，与接收天线相对应的每个差拍信号序列210a、210b被输入到减少干扰设备212a、212b。减少干扰设备212a、212b的作用是减少与雷达单元201分离的发射器所引起的干扰。减少干扰设备212a、212b输出具有减少的干扰影响的差拍信号序列213a、213b。
一旦减少干扰设备212a、212b减少了差拍信号序列210a、210b中干扰的影响，雷达处理单元214继续处理具有减少的干扰影响的差拍信号213a、213b。雷达处理设备214可执行诸如频率分析的任意已知类型的雷达处理，以计算场景中对象的距离、速率及角度。这包括距离及多普勒FFT(快速傅里叶变换，FFT)和角度数字波束形成。如果在差拍信号序列210a、210b中有还未适当消除的干扰，雷达处理设备214的处理可能导致所产生的距离、速率及角度信号中的伪影。然而，如本文描述的减少干扰设备212a、212b有效地减少了差拍信号序列210a、210b中的干扰，这样使在雷达处理设备214的处理期间所引入的伪影量尽可能低。
图3更具体地图示了减少干扰设备212a。减少干扰设备212a包括接收器302、参考差拍信号计算器304、干扰片段识别器306和减少***308。
因此，减少干扰设备212a包括被配置为实现设备212a的功能的各种组件302、304、306、308。具体地，每个图示的组件与设备212a的功能相对应。通常，设备212a可包括被配置为实现组件302、304、306、308的电路，更具体地，实现它们功能的电路。
在硬件实施方式中，组件302、304、306、308的每一个可与专有的、且特别设计为提供组件功能的电路相对应。该电路可以是一个或多个集成电路的形式，诸如一个或多个特定用途集成电路。举例来说，减少***308可因此包括在使用时减少序列210a内差拍信号中的干扰的电路。
在软件实施方式中，该电路相反地可以是处理器(诸如微处理器)的形式，该处理器与存储在诸如非易失性存储器的(非暂时性)计算机可读介质上的计算机代码联合，使设备212a执行本文公开的任一方法。在那种情况下，组件302、304、306、308可因而各自与存储在计算机可读介质上的计算机代码指令的一部分相对应，该部分由处理器执行时，使设备212a执行组件功能。
要理解，还可能结合硬件及软件实施方式，意味着组件302、304、306、308的一些的功能用硬件实现，其余用软件实现。
现在将参考图3以及图4和图5的流程图，更详细地描述减少干扰设备212a的操作。
在步骤S02，接收器302接收差拍信号序列210a。如上所解释的，差拍信号序列210a与雷达单元201的发射天线204所发射的第一信号序列203相对应。例如，所接收的差拍信号序列210a中的每个差拍信号可为第一信号序列203中的对应信号和接收天线206a、206b中之一响应于该对应信号所接收的信号的混合。在下文中，符号xn,m，n＝1，…，s，m＝1，…，c用于差拍信号序列210a，n为差拍信号中时间样本的索引，m为序列210a中差拍信号的索引，s为差拍信号的时间样本数，并且c为序列210a中差拍信号的数目。据此，xn,m指的是差拍信号m的时间样本n。
在步骤S04，参考差拍信号计算器304将参考差拍信号304计算为差拍信号序列210a中一个或多个差拍信号的均值或中值。通常，可将参考差拍信号305的样本n计算为差拍信号序列210a中全部差拍信号或差拍信号的子集的时间样本n的均值或中值。如果参考差拍信号的时间样本n表示为
Figure BDA0002223020670000081
n＝1，…，s，可根据以下中之一计算参考差拍信号305：
Figure BDA0002223020670000082
Figure BDA0002223020670000083
在第一组实施例中，参考差拍信号305被计算一次，并且在处理序列210a中的每个差拍信号时，干扰片段识别器305和减少***308使用相同的参考差拍信号305。在那种情形下，通常将参考差拍信号305计算为序列210a中全部差拍信号的均值或中值。在第二组实施例中，计算序列210a中每个差拍信号的参考差拍信号305。例如，可基于序列210a中前面的差拍信号1，……，m-1、或基于先于并包含差拍信号m的差拍信号1，…，m，来计算与差拍信号m相对应的参考差拍信号305。在这两种情况的后者中，可将与差拍信号m相对应的参考差拍信号
Figure BDA0002223020670000091
的时间样本m计算为以下中之一：
Figure BDA0002223020670000092
Figure BDA0002223020670000093
如果顺序地处理差拍信号，则计算序列210a中每个差拍信号的参考差拍信号305可能是有利的。在图5的流程图中，进一步图示了差拍信号的顺序处理。更具体地，差拍信号210a按其在序列中被接收的次序，一次被处理一个。在步骤S05a，检查是否序列中的全部差拍信号已被处理。若否，减少干扰设备212a继续前进到处理序列210a中的下一个差拍信号的步骤S05b。在上面提及的第一组实施例中，参考差拍信号计算器304可在开始顺序处理之前，在步骤S04a中计算参考差拍信号305。在上面提及的第二组实施例中，相反地，随着序列210a中的每个差拍信号被处理，参考差拍信号计算器304可在步骤S04b中计算针对序列210a中的每个差拍信号的参考差拍信号305。
在一些实施例中，设备212a未处理序列210a中的每个差拍信号。例如，设备212a可在一些情况下处理序列210a中的每个第二差拍信号。未被处理的差拍信号仍可用于替换遭受干扰的被处理的差拍信号中的片段的目的。
图6图示了在要处理具有索引m的差拍信号时用于执行步骤S04b的参考差拍信号计算器304的可能实施方式。参考差拍信号计算器304可读取来自存储器内存储的当前处理的差拍信号602的时间样本604。通常，时间样本604可与差拍信号m(即，xn,m)的时间样本n相对应。然后，参考差拍信号计算器304可使用时间样本604对来自序列中之前处理的差拍信号1，…，m-1的对应时间样本n的累加和606进行更新。更具体地，参考差拍信号计算器304可根据以下公式使用xn,m来计算和608：
Figure BDA0002223020670000094
对于每个处理的差拍信号m，参考差拍信号计算器304可将累加和sumn,m写到存储器，这样处理下一个差拍信号时可使用累加和sumn,m。接着，参考差拍信号计算器304可使用更新的累加均值sumn,m将与当前处理的差拍信号m相对应的参考差拍信号305计算为：
Figure BDA0002223020670000101
要理解，图6仅示出了参考差拍信号计算器304的一个可能实施方式。相反地，假如均值要基于先于当前处理的差拍信号但不包含当前处理的差拍信号的差拍信号，则相反地，可结合处理参考差拍信号m+1来使用图6中输出的参考差拍信号305。进一步地，如果反而要关于序列201a中的全部差拍信号来计算均值，在通过用累加和除以差拍信号的数量c来计算均值之前，可首先关于c个差拍信号中的每一个来更新累加和606。
在上面给出的示例中，在计算差拍信号305时，序列210a中在先的差拍信号被给予相同的权重。然而，在计算参考差拍信号305时，还可以给予在先的差拍信号不同的权重。换言之，可将参考差拍信号305计算为加权的均值。例如，权重可根据衰减函数来设置，这样给较新的差拍信号的权重高于较旧的差拍信号的权重。
在实际中，当对累加和606进行更新以计算和608时，这可以通过使用权重来实现，计算和608是根据
Figure BDA0002223020670000102
其中w1+w2＝1。
计算参考差拍信号305时，还可能仅包含一些在先的差拍信号。可使用滑动窗口方法，其中包括预定数目的最新的差拍信号的窗口被用于计算参考差拍信号305。例如，对于某个预定数目M，可根据具有索引m至索引M(可能包括索引m)的差拍信号来计算与具有索引m的差拍信号相对应的参考差拍信号305。
如上所解释的，在差拍信号序列210a的顺序处理期间，参考差拍信号计算器304可将参考差拍信号305计算为关于序列210a中较早的差拍信号的中值或均值。当关于序列210a中的第一差拍信号来计算参考差拍信号305时，参考差拍信号接收器304通常将参考差拍信号305设为等于序列210a中的第一差拍信号。最终，对于序列210中的最前面的几个差拍信号，这使得干扰识别及减少执行更差。
为了改进性能，雷达单元201的发射天线204可用另一信号序列来扩展第一信号序列203，该另一序列在第一信号序列203之前发射并且与第一信号序列203直接连接。该另一序列因而可被看作第一序列203的预序列。这在图7中进一步示出。在时间帧702及704之间，可以存在发射天线204通常静默的时间间隔706。在与第一序列203相对应的帧704之前，在此类沉默时间间隔706内发射另一信号序列703。就第一序列203而言，另一序列703中信号的形状和信号间的时间距离可以相同。而且，另一序列703的最后信号和第一序列203的第一序号之间的时间距离可与第一序列203的信号间的时间距离相同。从这层意义上说，另一序列703在第一序列203之前发射，且与第一序列203直接连接。
以与针对每个接收天线206a-b第一信号序列203具有对应的差拍信号序列210a-b相同的方式，对于每个接收天线206a-b，所发射的另一信号序列703具有对应的另一差拍信号序列。
如图3所图示的，除了差拍信号序列210a，减少干扰设备212a的接收器302还可接收这种另一差拍信号序列310a。在步骤S04b，参考差拍信号计算器304可使用另一差拍信号序列310a来计算与差拍信号序列210a中的第一差拍信号结合使用的参考差拍信号305。例如，参考差拍信号计算器304可将用于差拍信号序列210a中的第一差拍信号的参考差拍信号305根据以下中之一而计算为另一序列301a中信号的中值或均值：
Figure BDA0002223020670000111
或
Figure BDA0002223020670000112
其中yn,j表示另一差拍信号序列310a中的差拍信号j的时间样本n。
一旦参考差拍信号计算器304计算了参考差拍信号305，干扰片段识别器306继续识别遭受来自干扰发射器的干扰的差拍信号中的一个或多个片段307。如图5的流程图所示，干扰片段识别器306可以以顺序的方式操作，使得序列210a中差拍信号按其在序列210a中出现的次序，一次被处理一个。
通常，干扰片段识别器306通过将1)差拍信号与参考差拍信号之差和2)差的导数中的至少之一与一个或多个阈值进行比较，来识别一个或多个片段307。举例来说，图9将差拍信号910图示为虚线，将差拍信号910与参考差拍信号305之差图示为实线920。差拍信号910在两个时段912及914期间遭受干扰。通过将差信号920与阈值930进行比较，可识别片段307。尤其是，不先从差拍信号910移除参考差拍信号305，识别片段307将难得多。
图8图示了要处理具有索引m的差拍信号602时用于执行步骤S06的干扰片段识别器306的可能实施方式。
在相减框803中，干扰片段识别器306可以通过计算差拍信号602与参考差拍信号305之间的差信号804而启动。计算差拍信号xn,m，n＝1，……，s与对应的参考差拍信号
Figure BDA0002223020670000113
n＝1，……，s之间的差信号am,n,n＝1,…,s可以根据：
Figure BDA0002223020670000114
为了确保差拍信号602和对应的参考差拍信号305在相减框803达到时间同步，可在延迟框802延迟差拍信号602，同时参考差拍信号计算器304如上所解释的计算参考差拍信号305。
在下一个步骤，干扰片段识别器306可在导数框806a、806b中计算差信号804本身或其一个或多个导数的绝对值。将要计算的导数的阶受控于作为输入提供给导数框806a、806b的输入参数805a、805b，本文称作“dsel”。例如，dsel＝0可指示差信号本身，dsel＝1可指示一阶导数，dsel＝2可指示二阶导数，等等。尽管图8示出了两个导数框，但要理解干扰信号识别器306可扩展为包括任意数目的导数框。
导数框806a、806b可通过计算差信号an,m中的连续时间样本之差来计算导数。使用符号bn,m＝an+1,m，cn,m＝an+2,m，dn,m＝an+3,m，计算一阶导数a'可以根据：
a'n,m＝an,m-bn,m
b'n,m＝bn,m-cn,m
c'n,m＝bn,m-dn,m
计算二阶导数a″可以根据：
a″n,m＝a'n,m-b'n,m
b″n,m＝b'n,m-c'n,m
计算三阶导数a″′可以根据：
a″′n,m＝a″n,m-b″n,m。
取决于输入参数805a、805b的值，导数框806a、806b输出可采取以下信号值的信号807a、807b：
Figure BDA0002223020670000121
例如，通过针对一个导数框806a将dsel设为0，针对另一导数框806b将dsel设为1、2或3，干扰片段识别器306将计算差的绝对值和差的一阶或更高阶导数的绝对值。
接下来，干扰片段识别器306继续将从导数框806a、806输出的信号807a、807b中的每一个与相应的阈值809a、809b进行比较。这由图8中的阈值化框808a、808b执行。更具体地，阈值化框808a、808b可各自输出信号810a、810b，该信号810a、810b指示差信号的绝对值和差信号的导数的绝对值(如参数805a、805b所指示的)超过相应的阈值的片段。例如，输出信号810a、810b可各自是以位向量in,m、n＝1，…，s的形式，该位向量指示差信号的绝对值和差信号的导数的绝对值(如参数805a、805b所指示的)超过相应阈值的时间样本n。例如，对于超过阈值的那些时间样本n，位向量in,m、n＝1，…，s可采取值“1”，否则采取值“0”。
为了使干扰识别更鲁棒，干扰片段识别器306可选择性修改信号810a、810b，以提供修改的信号812a、812b。
例如，干扰片段识别器306可要求信号810a、810b所指示的被识别的片段具有最小长度。干扰片段识别器306可检查信号810a、810b中所指示的片段的长度，并移除比最小长度短的那些片段。图10图示了形式为位向量的信号810a。该位向量指示两个片段：一个样本长的第一片段307a，两个样本长的第二片段307b，三个样本长的第三片段307c。假定将最小长度设为两个样本。然后，在图10的示例中，干扰片段识别器306将移除一个样本长的样本307a。
干扰片段识别器306可将比特定数量的样本更紧靠的片段互连。例如，假定特定数量的样本为2样本。在图10的示例中，第二片段307b和第三片段307b被单个时间样本812隔开。据此，干扰片段识别器306将片段307b及307c互连成共有片段307，例如通过将时间样本812的值变为1，而不是0。
干扰片段识别器306可进一步利用预定义数目的样本来缩短或延长信号810a中所指示的任意片段。可以通过将值1赋予与将要延长的片段相邻的元素，来执行该延长。
可以以任意次序执行干扰片段识别器306所执行的修改操作的次序。
在框813，干扰片段识别器306可进一步在逻辑上将信号812a、812b(或810a，810b，如果不存在修改框811a、811b)合并为指示遭受干扰的一个或多个片段307的信号814。具体地，在框813，干扰片段识别器306可对输入信号812a、812b执行逻辑“与”或“或”操作。例如，输出信号814可指示在其中输入信号812a和输入信号812b均指示片段的时间样本的片段。可替代的，输出信号814可指示在其中输入信号812a和/或输入信号812指示片段的时间样本的片段。具体地，两个位向量in,m(dsel0)和in,m(dsel1)可合并为合并的位向量，这样在in,m(dsel0)和in,m(dsel1)中至少之一采取值“1”的情况下，合并的位向量采取值“1”，否则采取值“0”。
合并的位向量因而可充当指示符，该指示符识别在其中差信号的绝对值和差信号的导数的绝对值中的至少之一(如参数805a、805b所指示的)超过相应的阈值809a、809b的、差拍信号xn,m的一个或多个片段307。
在步骤S08，减少***308通过替换在步骤S06中由干扰识别器识别出的一个或多个片段307，继续减少差拍信号中的干扰。
类似于步骤S06，且如图5的流程图所示，减少***306可以顺序的方式操作，这样序列210a中的差拍信号按其在序列210a中出现的次序，一次处理一个。
通常，一个或多个片段307可由序列210a中相邻差拍信号的对应片段、参考差拍信号306的对应片段或其组合来替换。要理解，当已识别差拍信号中的数个片段307时，可对不同的片段应用不同的替换策略。例如，第一片段可由参考差拍信号的对应片段替换，而第二片段可由相邻差拍信号替换。用于特定片段的替换策略的选择可取决于相邻差拍信号是否在对应片段中遭受干扰。
图11a至图11c图示了可能出现的三种情形。图11a至图11c中的每一个图示了当前处理的差拍信号1101、在差拍信号序列210a中与差拍信号1101相邻的差拍信号1102(即在序列110a中直接在差拍信号1102之前或之后)和参考差拍信号1103。差拍信号1101在片段307中遭受干扰。
减少***308可在不同模式中操作。在第一模式中，减少***308用相邻差拍信号1102的对应片段替换差拍信号1101的片段307。在第一模式中操作时，在图11a、图11b、图11c中的每一个中，减少***308用相邻差拍信号1102的对应片段替换差拍信号1101的片段307。在第一模式中，片段307总是由相邻差拍信号1102的对应片段替换。如果相邻差拍信号1102也在片段307中遭受干扰，图11b和图11c的情况就是这样，这可能是个问题。
在第二模式中，在相邻差拍信号1102在片段307中未遭受干扰的条件下，减少***308因此可仅用相邻差拍信号1102来替换差拍信号1101。如果相邻差拍信号1102在片段307中遭受干扰，减少***308在第二模式中操作时，可替代地在片段307中对差拍信号1101运行有限脉冲响应(FIR)滤波器。FIR滤波器可例如为平滑滤波器，通过消除片段307中的干扰来减少干扰。在第二模式中操作时，减少***308因而用图11a的示例中的相邻信号1102的对应片段来替换片段307，但是在图11b的示例中运行FIR滤波器。
减少***308还可将用相邻差拍信号1102替换和在单个片段内应用FIR滤波器相结合。如图11c所图示的，可将片段307划分为第一部分3071和第二部分3072。差拍信号1101可在第一部分3071中由相邻差拍信号1102替换，FIR滤波器可用在第二部分3072。如果已发现相邻差拍信号1102在与第二部分3072相对应的部分中遭受干扰、但在与第一部分3071相对应的部分中未遭受干扰，尤其是这种情况。
要理解，当为差拍信号识别了数个片段时，取决于片段中相邻差拍信号遭受干扰的位置，可将每个片段划分为部分。因而，差拍信号可能有与不同片段相对应的多个部分3071、3072。
在第三模式中，在相邻差拍信号1102在片段307中未遭受干扰的条件下，减少***308仅用相邻差拍信号1102来替换差拍信号1101。如果相邻差拍信号1102在片段307中遭受干扰，减少***替代地用参考差拍信号1103的对应片段来替换差拍信号1101。因此，在第三模式中操作时，减少***308将在图11a中用参考差拍信号1102的对应片段替换差拍信号1101的片段307，在图11b中用参考差拍信号1103的对应片段替换差拍信号1101的片段307。
减少***308还可在单个片段中将用相邻差拍信号1102替换和参考差拍信号1103替换相结合。如图11c所图示的，差拍信号1101可在第一部分307a中由相邻差拍信号1102替换，并且在第二部分3072中由参考差拍信号1103替换。如果已发现相邻差拍信号1102在与第二部分3072对应的部分中遭受干扰、但在与第一部分3071相对应的部分中未遭受干扰，尤其是这种情况。
在第四模式中，减少***308总是用参考差拍信号1103的对应片段替换差拍信号1101的片段207。因此，在第四模式中操作时，减少***308将因而在图11a、图11b及图11c中用参考差拍信号1103的对应片段来替换差拍信号1101的片段307。
图12图示了在第三模式中操作时减少***308的可能实施方式。
减少***308可接收指示差拍信号1101和相邻差拍信号1102分别遭受干扰的片段的信号1201、1202。信号1201与图8的信号814相对应。
对于信号1201指示差拍信号1101遭受干扰但信号1202指示相邻差拍信号1102未遭受干扰的时间样本，减少***208在输出信号1204中用相邻差拍信号1102的时间样本来替换差拍信号1101的时间样本。对于信号1201指示差拍信号1101遭受干扰并且信号1202指示相邻差拍信号1102也遭受干扰的时间样本，减少***在输出差拍信号1204中用参考差拍信号1103的时间样本来替换差拍信号1101的时间样本。
产生的输出差拍信号1204一般具有减小的干扰影响，且可添加到从减少干扰设备212a输出的输出差拍信号序列213a。
将理解本领域技术人员能够以许多方式修改上面描述的实施例，且仍能利用如上面的实施例所示的本发明的优点。例如，当雷达单元具有数个发射及接收天线时，可针对每种发射天线及接收天线组合执行所描述的方法。因此，本发明不应限于所示的实施例，但应仅由所附的权利要求来限定。另外，如本领域技术人员所理解的，可对所示的实施例进行组合。

Claims (14)

1.一种用于在调频连续波FMCW类型的静止雷达单元中减少干扰的方法，包括：
接收与雷达单元发射的第一信号序列相对应的差拍信号的序列；
其中每个差拍信号为所述差拍信号的在所述雷达单元发射的所述第一信号序列中的对应信号和由所述雷达单元的接收天线响应于所述对应信号而接收的信号的混合；
将参考差拍信号计算为所述差拍信号的序列中的一个或多个差拍信号的均值或中值；
针对所述差拍信号的序列中的差拍信号，识别所述差拍信号的遭受来自与所述雷达单元分离的发射器的干扰的片段，其中通过将所述差拍信号与所述参考差拍信号之间的差和所述差的导数中的至少之一与一个或多个阈值进行比较来识别所述片段，其中所述参考差拍信号的每个时间样本被计算为所述一个或多个差拍信号的对应时间样本的均值或中值；并且
通过替换所述差拍信号的所述片段的至少一部分，来减少所述差拍信号中的干扰，其中所述差拍信号的所述片段的所述部分由所述差拍信号的序列中的相邻差拍信号的对应部分或由所述参考差拍信号的对应部分替换，其中所述相邻差拍信号在所述差拍信号的序列中直接在所述差拍信号之前或直接在所述差拍信号之后。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：顺序地处理所述差拍信号的序列，其中识别及减少的步骤被顺序地应用于所述差拍信号的序列中的差拍信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中顺序地处理所述差拍信号的序列进一步包括：顺序地重复计算参考差拍信号的步骤，其中所述参考差拍信号被计算为在所述差拍信号的序列中先于当前处理的差拍信号的差拍信号的均值或中值、或在所述差拍信号的序列中先于并包含当前处理的差拍信号的差拍信号的均值或中值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，当处理所述差拍信号的序列中的第一差拍信号时，将所述参考差拍信号设为等于所述差拍信号的序列中的所述第一差拍信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号序列包括所述雷达单元在时间帧内发射的多个信号，其中所述差拍信号的序列包括与所述雷达单元在所述时间帧内发射的所述多个信号相对应的多个差拍信号，并且其中所述参考差拍信号被计算为所述差拍信号的序列中的全部所述多个差拍信号的均值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在识别的步骤中，在所述差和所述差的所述导数中的至少之一分别偏离零超过第一阈值和第二阈值的情况下，将所述片段识别为所述差拍信号的一部分。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在减少干扰的步骤中，如果相邻差拍信号的对应部分未被识别为遭受来自与所述雷达单元分离的发射器的干扰，所述片段的所述部分仅由所述相邻差拍信号的所述对应部分替换。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在减少干扰的步骤中，如果相邻差拍信号的对应部分未被识别为遭受来自与所述雷达单元分离的发射器的干扰，所述差拍信号的所述片段的所述部分由所述相邻差拍信号的所述对应部分替换，否则所述差拍信号的所述部分由所述参考差拍信号的所述对应部分替换。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在减少干扰的步骤中，所述差拍信号的所述片段的第一部分由所述相邻差拍信号的对应第一部分替换，并且所述差拍信号的所述片段的第二部分由所述参考差拍信号的对应第二部分替换。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述相邻差拍信号被识别为在与所述第二部分相对应的片段中而不在与所述第一部分相对应的片段中遭受来自与所述雷达单元分离的发射器的干扰。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法针对所述雷达单元的每个接收天线被执行。
12.一种用于减少由调频连续波FMCW类型的静止雷达单元生成的差拍信号中的干扰的设备，包括：
接收器，被配置为接收与所述雷达单元发射的第一信号序列相对应的差拍信号的序列，
其中每个差拍信号为所述差拍信号的在所述雷达单元发射的所述第一信号序列中的对应信号和由所述雷达单元的接收天线响应于所述对应信号而接收的信号的混合；
计算器，被配置为将参考差拍信号计算为所述差拍信号的序列中一个或多个差拍信号的均值或中值；
识别器，被配置为针对所述差拍信号的序列中的差拍信号而识别遭受来自与所述雷达单元分离的发射器的干扰的所述差拍信号的片段，其中所述识别器被配置为通过将所述差拍信号与所述参考差拍信号之间的差和所述差的导数中的至少之一与一个或多个阈值进行比较来识别所述片段；
其中所述计算器被配置为将所述参考差拍信号的每个时间样本计算为所述一个或多个差拍信号的对应时间样本的均值或中值；以及
减少***，被配置为通过替换所述差拍信号的所述片段的至少一部分，来减少所述差拍信号中的干扰，其中所述减少***被配置为由所述差拍信号的序列中的相邻差拍信号的对应部分或由所述参考差拍信号的对应部分替换所述差拍信号的所述片段的所述部分，其中所述相邻差拍信号在所述差拍信号的序列中直接在所述差拍信号之前或直接在所述差拍信号之后。
13.一种用于减少干扰的调频连续波FMCW雷达***，包括：
雷达单元，包括：
发射天线，被配置为发射第一信号序列，
接收天线，被配置为响应于所述发射天线发射的所述第一信号序列而接收第二信号序列，和
混合器，被配置为将所述第一信号序列和所述第二信号序列进行混合，以生成差拍信号的序列；并且
所述雷达***进一步包括根据权利要求12所述的设备，其中所述设备被布置在所述雷达单元的下游，以减少所述混合器生成的所述差拍信号的序列中的干扰。
14.一种非暂时性计算机可读介质，具有存储在所述非暂时性计算机可读介质上的计算机代码指令，所述计算机代码指令适于在由根据权利要求12所述的设备执行时执行根据权利要求1所述的方法。
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