CN111180866B - 阵列天线布阵和汽车角雷达 - Google Patents

阵列天线布阵和汽车角雷达 Download PDF

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Abstract

本发明公开了阵列天线布阵和汽车角雷达，其中，该阵列天线布阵包括沿横向排布的m个发射天线和沿横向排布的n个接收天线：相邻该发射天线沿该横向的中心间距为d，其中，m为大于2的整数，n为大于1的整数，d大于天线工作波长的0.4倍，该发射天线形成k个波位，每个该波位的波束方向不同，该k个波位分成i次进行扫描，其中，k为大于或者等于2的整数，i为大于0的整数，解决了天线波位不能做自适应扫描，天线利用率低的问题，提高了汽车角雷达中发射天线的利用率，降低了汽车角雷达的成本。

Description

阵列天线布阵和汽车角雷达
技术领域
本申请涉及汽车雷达技术领域，特别是涉及阵列天线布阵和汽车角雷达。
背景技术
随着智能驾驶技术的快速发展，高级驾驶辅助***(Advanced DrivingAssistant System，简称为ADAS)成为智能驾驶汽车中不可缺少的部分，ADAS通过安装在车上的各类传感器，在汽车行驶过程中随时感应周围环境，收集环境数据，进行静态或动态物体的辨识、侦测与追踪，并结合导航仪地图数据，进行***运算与分析，从而预测可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。其中，毫米波雷达由于探测距离远、受环境影响小、成本低、技术成熟，成为ADAS的主要传感器，现有汽车的毫米波雷达普遍为多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，简称为MIMO)天线，在相关技术中，毫米波雷达的一个波位覆盖整个视场角(Field of View，简称FOV)，不能做自适应扫描，毫米波雷达天线的利用率低。
针对相关技术中，毫米波雷达的一个波位可以覆盖整个FOV，不能做自适应扫描，天线利用率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中，毫米波雷达的一个波位可以覆盖整个FOV，不能做自适应扫描，天线利用率低的问题，本发明提供了阵列天线布阵和汽车角雷达，以至少解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种阵列天线布阵，所述阵列天线布阵包括沿横向排布的m个发射天线和沿横向排布的n个接收天线：相邻所述发射天线沿所述横向的中心间距为d，其中，m为大于2的整数，n为大于1的整数，d大于所述天线工作波长的0.4倍；
所述发射天线形成k个波位，每个所述波位的波束方向不同，所述k个波位分成i次进行扫描，其中，k为大于或者等于2的整数，i为大于0的整数。
在其中一个实施例中，根据所述发射天线的初始相位设定所述波位的波束方向。
在其中一个实施例中，所述发射天线的初始相位大于或者等于0，且小于或者等于360°，所述初始相位的调整步进为360°/2b，其中，b为大于2的整数。
在其中一个实施例中，每个所述波位至少由2个发射天线发射形成。
在其中一个实施例中，每个所述接收天线为独立采样数字化天线。
在其中一个实施例中，在所述n个接收天线中，至少一个接收天线与其他接收天线在纵向上的中心间距不为0，所述相邻接收天线沿所述横向的中心间距为md。
在其中一个实施例中，m的值为3或者4，n的值为4，k的值为3或者4，i的值为1或者2。
根据本发明的另一个方面，提供了一种汽车角雷达，所述汽车角雷达包括一种阵列天线布阵：所述阵列天线布阵包括沿横向排布的m个发射天线和沿横向排布的n个接收天线：相邻所述发射天线沿所述横向的中心间距为d，其中，m为大于2的整数，n为大于1的整数，d大于所述天线工作波长的0.4倍；
所述发射天线形成k个波位，每个所述波位的波束方向不同，所述k个波位分成i次进行扫描，其中，k为大于或者等于2的整数，i为大于0的整数。
在其中一个实施例中，所述汽车角雷达安装在汽车的车前方向的转角或者车后方向的转角：
在所述汽车角雷达安装于所述车前方向的转角的情况下，至少一个所述波位与所述车前方向平行并朝向车体外侧，至少一个所述波位与所述车前方向倾斜设置并朝向车体外侧；
在所述汽车角雷达安装于所述车后方向的转角的情况下，至少一个所述波位与所述车后方向平行并朝向车体外侧，至少一个所述波位与所述车后方向倾斜设置并朝向车体外侧。
在其中一个实施例中，所述汽车角雷达安装在汽车的车前方向的转角或者车后方向的转角：
在所述汽车角雷达安装于所述车前方向的转角的情况下，至少一个所述波位与所述车前方向平行并朝向车体外侧，至少一个所述波位与所述车前方向垂直并朝向车体外侧；
在所述汽车角雷达安装于所述车后方向的转角的情况下，至少一个所述波位与所述车后方向平行并朝向车体外侧，至少一个所述波位与所述车后方向垂直并朝向车体外侧。
通过本发明，该阵列天线布阵包括沿横向排布的m个发射天线和沿横向排布的n个接收天线：相邻该发射天线沿该横向的中心间距为d，其中，m为大于2的整数，n为大于1的整数，d大于天线工作波长的0.4倍，该发射天线形成k个波位，每个该波位的波束方向不同，该k个波位分成i次进行扫描，其中，k为大于或者等于2的整数，i为大于0的整数，解决了天线波位不能做自适应扫描，天线利用率低的问题，提高了汽车角雷达中发射天线的利用率，降低了汽车角雷达的成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对发明的不当限定。
在附图中：
图1是根据本发明实施例的阵列天线布阵的应用环境示意图；
图2是根据本发明实施例的阵列天线布阵的示意图；
图3是根据本发明实施例的雷达波位覆盖角度的示意图；
图4是根据本发明实施例的安装在车前方向的汽车角雷达的示意图；
图5是根据本发明实施例的安装在车后方向的汽车角雷达的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，“第一”、“第二”、“第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。可以理解地，“第一”、“第二”、“第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请提供的阵列天线布阵，可以应用于如图1所示的应用环境中，图1是根据本发明实施例的阵列天线布阵的应用环境示意图，如图1所示，本申请中的阵列天线布阵可以应用于汽车104的毫米波雷达102中，该毫米波雷达102安装于汽车104上，该毫米波雷达102发射电磁波并接收该电磁波的回波，根据发射和接收之间的时间差测得感应目标的位置数据，该毫米波雷达102可以感应位于预设区域中的物体，例如，本实施例中，毫米波雷达102安装于汽车104的一个拐角，且该毫米波雷达102具有3个波位，每个波位对应不同的扫描区域，该3个波位之间分时存在，实现自适应扫描。
在一个实施例中，提供了一种阵列天线布阵，图2是根据本发明实施例的阵列天线布阵的示意图，阵列天线布阵可以包括沿横向排布的m个发射天线、沿横向排布的n个接收天线和芯片20：相邻该发射天线沿该横向的中心间距为d，其中，m为大于2的整数，n为大于1的整数，d大于天线工作波长的0.4倍，发射天线和接收天线分别与芯片20电性连接：该发射天线形成k个波位，每个该波位的波束方向不同，该k个波位分成i次进行扫描，其中，k为大于或者等于2的整数，i为大于0的整数，沿横向排布为沿图2中所示箭头a的方向。例如，在k的值为4的情况下，该阵列天线布阵具有4个波位，4个波位可以分成2次进行扫描，每次扫描2个波位。
本实施例中，通过发射天线形成不同的扫描波位，这些扫描波位具有不同的指向和扫描区域，通过将波位分成多次进行扫描，解决了相关技术中，由于天线波位为固定设置，不能做自适应扫描，从而导致天线利用率低的问题，提高了汽车角雷达中发射天线的利用率，降低了汽车角雷达的成本。
在一个实施例中，根据该发射天线的初始相位设定该波位的波束方向，在安装的过程中，由于安装精度存在差异，汽车角雷达与汽车的行驶方向之间会呈现出不同的倾斜角，通过设置发射天线的初始相位，可以保证波位的波束方向为平行于汽车行驶方向，有利于对汽车正前方的目标进行扫描，提高汽车行驶的安全性。
在一个实施例中，该发射天线的初始相位大于或者等于0，且小于或者等于360°，该初始相位的调整步进为360°/2b，b为大于2的整数。初始相位可根据汽车角雷达的安装角度进行设置和调整，调整步进为初始相位每次调整的间隔，例如，在b的值为6的情况下，调整步进为5.625°，则该发射天线的初始相位每次可调整5.625°，工作人员通过调整步进对初始相位进行精确设置，有利于调整天线的波位的指向与预设方向一致。
在一个实施例中，b为大于2的整数。在调整发射天线的初始相位的过程中，调整步进的设置关系到该初始相位的调整精度，在b的值为2的情况下，调整步进为90°，初始相位每次可以改变90°，随着b的值越来越大，初始相位的每次改变的角度越来越小，提高对波位指向的调整精度。
在一个实施例中，每个波位至少由2个发射天线发射形成。调整发射天线的数量可以调整发射天线的总功率，从而达到降低旁瓣的目的，提高发射天线的分辨率。
在一个实施例中，每个接收天线为独立采样数字化天线，每个接收天线都可以连接一个模数转换器，对接收天线接收到的信号进行采样和信号转换。本实施例中实现了接收天线的独立采样和信号处理，各个接收天线在工作的过程中互不干扰，可以及时对接收到的信号进行处理，相对于相关技术中，所有的接收天线共用一个模数转换器，提高了接收天线的工作效率。
在一个实施例中，m的值为3或者4，n的值为4，k的值为3或者4，i的值为1或者2。在相关技术中，天线芯片多为3发4收的芯片或者4发4收的芯片，因此发射天线的数量为3或者4，接收天线的数量为4可以更好的与天线芯片进行匹配，减少重新开发芯片带来的额外成本，降低天线的生产成本。
在一个实施例中，如图2所示，为一个4发4收的天线，发射天线包括TX1、TX2、TX3和TX4，接收天线RX1、RX2、RX3和RX4。该发射天线可以设置3个波位或者4个波位，有利于波位覆盖汽车四周，i的值为1或者2，使得汽车角雷达可以在较快的时间段内完成所有的波位扫描，例如，在k的值为3的情况下，该汽车角雷达包括三个波位，波位一覆盖-75°至-10°，波位二覆盖-20°至50°，图3是根据本发明实施例的雷达波位覆盖角度的示意图，如图3所示，箭头所示为雷达朝向正前方，该正前方的左侧是负角度，标记为-θ，右侧是正角度，标记为θ，波位一和波位二存储80米以内的回波信息，波位三覆盖5°至75°，波位三存储200米以内的回波信息，波位一、波位二、波位三交替依次覆盖组合成一次扫描帧；在k的值为4，i的值为2的情况下，该汽车角雷达具有4个波位，分两次进行扫描，则该汽车角雷达在两次扫描之后就可以完成所有波位的扫描。
在一个实施例中，在该n个接收天线中，至少一个接收天线与其他接收天线在纵向上的中心间距不为0，该相邻接收天线沿该横向的中心间距为md，接收天线阵的模糊倍数是m，目标角度方向会有m个可能的角度，在解模糊的过程中，模糊的倍数越大，求解模糊困难，模糊倍数越小，天线的分辨率越低。天线沿横向的中心间距设置为刚好能求解模糊的最大的倍数，在发射天线沿横向的中心距离为半波长整数倍的情况下，m个发射天线同时发射的天线主瓣为180/m，这样就刚好能解m倍的模糊。如图2所示，接收天线RX1、RX2、RX3在纵向上的中心间距为0，接收天线RX4与接收天线RX1、RX2、RX3在纵向上的中心间距不为0，其中，纵向间距为如2所示的箭头b的方向，由于RX4与其它接收天线在纵向上的中心间距不为0，该发射天线与接收天线形成的天线布阵可以实现侧俯仰。
在一个实施例中，本发明还提供了一种汽车角雷达，该汽车角雷达包括一种阵列天线布阵：该阵列天线布阵包括沿横向排布的m个发射天线和沿横向排布的n个接收天线：相邻该发射天线沿该横向的中心间距为d，其中，m为大于2的整数，n为大于1的整数，d大于天线工作波长的0.4倍，该发射天线形成k个波位，每个该波位的波束方向不同，k个波位分成i次进行扫描，其中，k为大于或者等于2的整数，i为大于0的整数。其中，沿横向排布为沿图2中所示箭头a的方向。例如，在k的值为4的情况下，该阵列天线布阵具有4个波位，4个波位可以分成2次进行扫描，每次扫描2个波位。
本实施例中，通过发射天线形成不同的扫描波位，这些扫描波位具有不同的指向和扫描区域，通过将波位分成多次进行扫描，解决了相关技术中，由于天线波位为固定设置，不能做自适应扫描，从而导致天线利用率低的问题，提高了汽车角雷达中发射天线的利用率，降低了汽车角雷达的成本。
在一个实施例中，图4是根据本发明实施例的安装在车前方向的汽车角雷达的示意图，如图4所示，该汽车角雷达102安装在汽车104的车前方向的转角：在该汽车角雷达102安装于该车前方向的转角的情况下，至少一个波位与该车前方向平行并朝向车体外侧，至少一个波位与该车前方向倾斜设置并朝向车体外侧，其中，车前方向为图中箭头x所示的方向。本实施例中，汽车角雷达102安装于汽车104车前方向的转角，该汽车角雷达102共有4个波位，分别为波位k1、k2、k3和k4，其中，波位k1为覆盖车前方向的波位，波位k1的探测距离在140米以上，不受该汽车角雷达102安装角度的影响，波位指向可通过发射天线的初始相位进行设置，波位k2、k3和k4的指向均与车前方向倾斜设置，波位k4覆盖车辆的侧面，同样不受安装角度的影响。波位k1、k2、k3和k4叠加在一起，可以覆盖雷达-θ1～θ2方位，θ1和θ2均大于40°。
在一个实施例中，图5是根据本发明实施例的安装在车后方向的汽车角雷达的示意图，如图5所示，该汽车角雷达102安装在汽车104的车后方向的转角：在该汽车角雷达102安装于该车后方向的转角的情况下，至少一个波位与该车后方向平行，至少一个该波位与该车后方向倾斜设置并朝向车体外侧，其中，车后方向为图中箭头y所示的方向。该汽车角雷达102共有4个波位，分别为波位k5、k6、k7和k8，其中，波位k5为覆盖车后方向的波位，波位k5的探测距离在140米以上，不受该汽车角雷达102安装角度的影响，波位指向可通过发射天线的初始相位进行设置，波位k6、k7和k8的指向均与车后方向倾斜设置，波位k8覆盖车辆的侧面，同样不受安装角度的影响。
在一个实施例中，在汽车角雷达安装于车前方向的转角的情况下，至少一个波位与车前方向平行并朝向车体外侧，至少一个波位与车前方向垂直并朝向车体外侧。其中，与车前方向平行的波位如图4中的波位k1所示，与车前方向垂直并朝向车体外侧的波位如图4中的波位k4所示，波位k4与车前方向垂直设置，可以探测到更远范围内的目标。
在一个实施例中，在汽车角雷达安装于车后方向的转角的情况下，至少一个波位与车后方向平行并朝向车体外侧，至少一个波位与车后方向垂直并朝向车体外侧。其中，与车后方向平行的波位如图5中的波位k5所示，与车后方向垂直并朝向车体外侧的波位如图5中的波位k8所示，波位k8与车后方向垂直设置，可以探测到更远范围内的目标。
在一个实施例中，波位指向与车前方向平行或者与车后方向平行的波位，可以存储200米内波位覆盖范围的目标信息，波位指向覆盖车辆的侧面的波位，可以存储100米内波位覆盖范围的目标信息，其余波位可以存储80米内波位覆盖范围的目标信息。
本实施例提供的汽车角雷达，可以同时分辨与汽车距离相同、速度相同的大目标和小目标。例如，对于在该天线某个方向上，距离天线十米处的汽车与自行车，汽车为该角度维上的大目标，自行车为该角度维上的小目标。在大小目标在不同波位的情况下，通过不同波位区分大小目标，在大小目标在相同波位的情况下，通过波位内的数字波束形成(Digital Beam Forming，简称为DBF)谱区分出大小目标，大目标的雷达散射截面(RadarCross section，简称为RCS)比小目标大。RCS表征了目标在雷达波照射下所产生回波强度的一种物理量，是雷达入射方向上单位立体角内返回散射功率与目标截状的功率密度之比。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种阵列天线布阵，其特征在于，所述阵列天线布阵包括沿横向排布的m个发射天线和沿横向排布的n个接收天线：相邻所述发射天线沿所述横向的中心间距为d，其中，m为大于2的整数，n为大于1的整数，d大于所述发射天线工作波长的0.4倍；所述发射天线的初始相位大于或者等于0，且小于或者等于360°，所述初始相位的调整步进为360°/2b，其中，b为大于2的整数；
所述发射天线形成k个波位，每个所述波位的波束方向不同，所述k个波位分成i次进行扫描，其中，所述波位的指向能够通过发射天线的初始相位进行设置，调整所述发射天线的数量能够调整所述发射天线的总功率，k为大于或者等于2的整数，i为大于0的整数。
2.根据权利要求1所述的阵列天线布阵，其特征在于，根据所述发射天线的初始相位设定所述波位的波束方向。
3.根据权利要求1所述的阵列天线布阵，其特征在于，每个所述波位至少由2个发射天线发射形成。
4.根据权利要求1所述的阵列天线布阵，其特征在于，每个所述接收天线为独立采样数字化天线。
5.根据权利要求1所述的阵列天线布阵，其特征在于，在所述n个接收天线中，至少一个接收天线与其他接收天线在纵向上的中心间距不为0，相邻接收天线沿所述横向的中心间距为md。
6.根据权利要求1所述的阵列天线布阵，其特征在于，m的值为3或者4，n的值为4，k的值为3或者4，i的值为1或者2。
7.一种汽车角雷达，其特征在于，所述汽车角雷达包括一种阵列天线布阵：所述阵列天线布阵包括沿横向排布的m个发射天线和沿横向排布的n个接收天线：相邻所述发射天线沿所述横向的中心间距为d，其中，m为大于2的整数，n为大于1的整数，d大于所述发射天线工作波长的0.4倍；所述发射天线的初始相位大于或者等于0，且小于或者等于360°，所述初始相位的调整步进为360°/2b，其中，b为大于2的整数；
所述发射天线形成k个波位，每个所述波位的波束方向不同，所述k个波位分成i次进行扫描，其中，所述波位的指向能够通过发射天线的初始相位进行设置，调整所述发射天线的数量能够调整所述发射天线的总功率，k为大于或者等于2的整数，i为大于0的整数。
8.根据权利要求7所述的汽车角雷达，其特征在于，所述汽车角雷达安装在汽车的车前方向的转角或者车后方向的转角：
在所述汽车角雷达安装于所述车前方向的转角的情况下，至少一个所述波位与所述车前方向平行并朝向车体外侧，至少一个所述波位与所述车前方向倾斜设置并朝向车体外侧；
在所述汽车角雷达安装于所述车后方向的转角的情况下，至少一个所述波位与所述车后方向平行并朝向车体外侧，至少一个所述波位与所述车后方向倾斜设置并朝向车体外侧。
9.根据权利要求7所述的汽车角雷达，其特征在于，所述汽车角雷达安装在汽车的车前方向的转角或者车后方向的转角：
在所述汽车角雷达安装于所述车前方向的转角的情况下，至少一个所述波位与所述车前方向平行并朝向车体外侧，至少一个所述波位与所述车前方向垂直并朝向车体外侧；
在所述汽车角雷达安装于所述车后方向的转角的情况下，至少一个所述波位与所述车后方向平行并朝向车体外侧，至少一个所述波位与所述车后方向垂直并朝向车体外侧。
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