集成雷达装置和集成天线装置的制作方法

专利名称：集成雷达装置和集成天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达装置和天线装置，更具体地说，涉及一种集成雷达装置和一种集 成天线装置，其使得可以获得高精度的角分辨率，可以减小雷达的尺寸和其中所包括的装 置的数量，并且可以集成中长距雷达功能和短距雷达功能。
背景技术：
随着车辆智能化的发展，常规车辆配备了各种车辆系统，如用于检测驾驶员的自 身车道的ACC(自适应巡航控制)系统；用于执行侧后方车道检测的LCA(变道辅助)系 统；用于执行前方检测和防撞功能的ST0P&G0(走走停停)系统；用于执行驻车控制的驻 车辅助系统；用于检测侧后方和从侧面车道超车的另一车辆由此执行碰撞警告和防碰撞的 LCA (变道辅助)/BSD (盲点检测)/RPC (防追尾)系统。然而，用于车辆的各种车辆系统需要到目标的不同距离，由此在车辆系统中所使 用的雷达的信号发射范围彼此不同。例如，ACC系统采用针对ACC系统的长距雷达，以便检 测驾驶员的在Om与250m之间范围内的自身车道。ST0P&G0系统采用针对ST0P&G0系统的 短距雷达，以便检测在Om与60m之间范围内从侧面车道超车的车辆，以使其执行碰撞警告 和防撞的功能。而且，在LCA/BSD系统中，安装在侧后方的短距雷达在Om与20m之间的范 围内执行BSD功能，即，检测附近的盲点，而针对LCA的中距雷达在Om与70m之间的范围内 执行对侧后方车道的检测。然而，为了将ACC系统、LCA系统、ST0P&G0系统、LCA/BSD/RPC系统应用于车辆，应 当将短距雷达装置和中长距雷达装置分离地安装到车辆上，因为必需满足车辆系统所需的 针对目标的不同距离和雷达信号的不同范围。然而，由于已经包含在车辆保险杠中的超声传感器、牌照架、雾灯、支承结构等，分 离地安装用于短距车辆系统的短距雷达装置和用于中长距车辆系统的中长距雷达装置在 用于覆盖短距雷达装置和中长距雷达装置的安装空间方面存在许多局限性。一方面，应用于车辆的车辆系统需要识别车辆周围的情况，以便保证智能化和稳 定化驾驶和驻车以及驾驶员的安全，由此需要高精度的角分辨率(称为“横向分辨率”)。常 规地讲，为了获取高精度的角分辨率，要将更多阵列天线包括进接收天线中。换句话说，包 括了用于接收天线的许多信道，以便由此提高角分辨率。然而，提高角分辨率的常规方法的 缺点在于，雷达装置的尺寸和天线的尺寸会增加。而且，天线和信道数量的增加也增大了雷 达装置中用于发射/接收信号的装置的数量。另一方面，尽管将用于短距车辆系统的短距雷达装置和用于中长距车辆系统的中 长距雷达装置集成到单个装置中，由此实现了集成雷达装置，但所集成装置仍存在的问题 在于，因为必须满足车辆系统所希望的针对目标的不同距离、雷达信号的不同范围，以及高 精度的角分辨率(横向分辨率)，所以随着天线和信道数量的增加，雷达装置的尺寸和包括 在雷达装置中的装置的数量也随之增加，由此增大了制造成本。因此，需要提供一种具有天线结构的集成雷达装置，其使得可以获得高精度的角分辨率，可以减小装置的尺寸和数量，并且可以集成中长距雷达功能和短距雷达功能，但这 种集成雷达装置尚未开发出来。

发明内容
因此，提出本发明来解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的是提供 一种天线结构，其使得可以获得高精度的角分辨率，可以减小雷达的尺寸和装置的数量，并 且可以智能化中长距雷达功能和短距雷达功能，并且本发明的目的是提供一种集成雷达装 置，其使得可以利用上述天线结构有效地执行针对中长距雷达功能和短距雷达功能的信号 发射/接收。为了实现这个目的，本发明提供了一种集成雷达装置，该集成雷达装置包括天 线单元，该天线单元具有中长距天线单元和短距天线单元，其中，所述中长距天线单元包括 多个中长距发射天线和多个中长距接收天线，而所述短距天线单元包括一个或更多个短距 发射天线和一个或更多个短距接收天线；收发器单元，该收发器单元用于根据从切换方式 和多信道方式中选择的、一种或更多种对天线进行控制的方式来控制所述中长距天线单元 和所短距天线单元，发射中长距信号和短距信号中的一个或更多个，以及接收中长距回波 信号和短距回波信号中的一个或更多个，所述中长距回波信号是由所述中长距信号在中长 距目标上反射而生成的，而所述短距回波信号是由所述短距信号在短距目标上反射而生成 的。本发明的另一方面提供了一种集成天线装置，该集成天线装置包括多个中长距 发射天线、多个中长距接收天线、一个或更多个短距发射天线以及一个或更多个短距接收 天线，其中，所述多个中长距发射天线之间的距离与所述多个中长距接收天线之间的距离 和所述多个中长距接收天线的数量之积成比例。本发明的另一方面提供了一种集成天线装置，该集成天线装置包括多个中长距 发射天线、多个中长距接收天线、一个或更多个短距发射天线以及一个或更多个短距接收 天线，其中，所述一个或更多个短距发射天线与所述一个或更多个短距接收天线布置在所 述多个中长距发射天线之间。如上所述，本发明的实施方式提供了这种天线结构，其使得可以获得高精度的角 分辨率，可以减小装置的尺寸和数量，并且可以集成中长距雷达功能和短距雷达功能，并且 提供了这种集成雷达装置，其用于利用所述天线结构有效地执行针对中长距雷达功能和短 距雷达功能的信号发射和信号接收。


根据下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征以及优点将变得 更清楚，其中图1是根据本发明实施方式的集成雷达装置的示意性框图。图2是根据本发明实施方式的集成雷达装置的详细框图。图3是根据本发明实施方式的集成雷达装置中所包括的天线单元的示范性视图。图4是应用了根据本发明实施方式的集成雷达装置的车辆系统的说明图。图5是例示了对根据本发明实施方式的集成雷达装置中所包括的天线进行控制的方式的示范性视图。图6是例示了对根据本发明实施方式的集成雷达装置中所包括的天线进行控制 的方式的另一示范性视图。图7是例示了对根据本发明实施方式的集成雷达装置中所包括的天线进行控制 的方式的另一示范性视图。图8是例示了对根据本发明实施方式的集成雷达装置中所包括的天线进行控制 的方式的又一示范性视图。图9是例示了根据本发明实施方式的集成雷达装置的获得高精度的角分辨率并 且使尺寸和制造成本最小化的优点的说明图。图10是根据本发明实施方式的集成雷达装置中所包括的角分辨率控制器通过应 用角估计算法来提高角分辨率的说明图。图11是例示了通过根据本发明实施方式的集成雷达装置而提供的数据的获取方 法的流程图。图12是例示了通过根据本发明实施方式的集成雷达装置而提供的信号的处理方 法的流程图。实现方式下面参照附图，对本发明的示范性实施方式进行描述。在下面的描述中，相同部件 用相同标号指定，尽管它们在不同图中示出。另外，在本发明的下列描述中，在此并入的已 知功能和构造的详细描述在其构成本发明的主旨而非不清楚时将被省略。另外，当对本发明的组件进行描述时，在此可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b) 等措辞。这些措辞都不被用于限定对应组件的本质、次序或序列，而仅用于区别对应组件与 其它组件。应注意到，如果在本说明书中描述了将一个组件“连接”、“耦接”或“接合”至另 一组件，则在第一与第二组件之间可以“连接”、“耦接”或“接合”第三组件，尽管第一组件 可以直接连接、耦接或接合至第二组件。图1是根据本发明实施方式的集成雷达装置100的示意性框图。参照图1，根据本发明实施方式的集成雷达装置100包括天线单元110，该天线 单元具有包括多个中长距发射天线及多个中长距接收天线的中长距天线单元111和包括 一个或更多个短距发射天线及一个或更多个短距接收天线的短距天线单元112 ；和收发器 单元120，该收发器单元根据从切换方式和多信道方式中选择的、一种或更多种对天线进行 控制的方式来控制中长距天线单元111和短距天线单元112，发射中长距信号和短距信号 中的一个或更多个信号，以及接收中长距回波信号和短距回波信号中的一个或更多个回波 信号，其中，中长距回波信号是由中长距信号在中长距目标上反射而生成的，而短距回波信 号是由短距信号在短距目标上反射而生成的。集成雷达装置在100还被称作集成雷达传感器。图2例示了对于图1示意性地例示的、根据本发明实施方式的集成雷达装置100 的框图的更详细框图。参照图2，收发器单元120包括发射单元210，该发射单元用于通过中长距天线单 元111来发射中长距信号并且通过短距天线单元112来发射短距信号；和接收单元220，该 接收单元用于通过中长距天线单元111来接收由所发射的中长距信号在目标上反射而生成的中长距回波信号，并且通过短距天线单元112来接收由所发射的短距信号在目标上反 射而生成的短距回波信号。参照图2，收发器单元120中所包括的发射单元210包括用于中长距信号和短距信 号中的一个或更多个的振荡单元211。参照图2，收发器单元120中所包括的接收单元220包括低噪声放大/混合 (mixing)单元221，该低噪声放大/混合单元用于对中长距回波信号和短距回波信号中的 一个或更多个进行低噪声放大并且对长距回波信号和短距回波信号中的经过低噪声放大 的一个或更多个进行混合；和放大/转换单元222，该放大/转换单元用于对长距回波信号 和短距回波信号中的、经过混合的一个或更多个回波信号进行放大，并且对长距回波信号 和短距回波信号中的、经过放大的一个或更多个进行数字转换，由此生成中长距接收数据 和短距接收数据中的一个或更多个。如上所述，收发器单元120通过根据从切换方式和多信道方式中选择的一种或更 多种对天线进行控制的方式来控制中长距天线单元111和短距天线单元112而执行信号发 射和接收。如果收发器单元120根据对天线进行控制的方式(如切换方式)来控制中长距天 线单元111中所包括的多个中长距发射天线和短距天线单元112中所包括的一个或更多个 短距发射天线，则将其切换至从所述多个中长距发射天线和所述一个或更多个短距发射天 线中选择的天线，由此通过所选择的中长距发射天线或所选择的短距发射天线来发射中长 距信号或短距信号。如果收发器单元120根据对天线进行控制的方式(如多信道方式)来控制中长距 天线单元111中所包括的多个中长距发射天线和短距天线单元112中所包括的一个或更多 个短距发射天线，则其通过多个单独的信道来发射中长距信号和短距信号，每一个单独的 信道都被分配给了所述多个中长距发射天线和所述一个或更多个短距发射天线。如果收发器单元120根据对天线进行控制的方式(如切换方式)来控制中长距天 线单元111中所包括的多个中长距接收天线和短距天线单元112中所包括的一个或更多个 短距接收天线，则将其切换到从所述多个中长距接收天线和所述一个或更多个短距接收天 线中选择的天线，由此通过所选择的中长距接收天线或所选择的短距接收天线来接收中长 距回波信号或短距回波信号。如果收发器单元120根据对进行天线控制的方式(如多信道方式)来控制中长距 天线单元111中所包括的多个中长距接收天线和短距天线单元112中所包括的一个或更多 个短距接收天线，则其通过多个单独的信道来接收中长距回波信号和短距回波信号，每一 个单独的信道都被分配给了所述多个中长距接收天线和所述一个或更多个短距接收天线。收发器单元120中所需信道的数量可以根据对收发器单元120中所采用的天线进 行控制的方式而改变。例如，如果收发器单元120根据对天线进行控制的方式(如切换方 式)来控制中长距天线单元111和短距天线单元112，则在收发器单元120中所包括的振 荡单元211和低噪声放大/混合单元221中仅使用单个信道。否则，如果收发器单元120 根据对天线进行控制的方式(如多信道方式)来控制中长距天线单元111和短距天线单元 112，则收发器单元120中所包括的振荡单元211和低噪声放大/混合单元221中使用多个 信道，信道的数量对应于包括所述多个中长距发射天线和所述一个或更多个短距发射天线在内的天线的数量。上面的描述可以概括如下。为了发射中长距信号和短距信号中的一个或更多个， 发射单元210可以根据切换方式或多信道方式来控制所述多个中长距发射天线和所述一 个或更多个短距发射天线。而且，为了接收中长距回波信号和短距回波信号中的一个或更 多个，接收单元220可以根据切换方式或多信道方式来控制所述多个中长距接收天线和所 述一个或更多个短距接收天线。下面参照图5-8来示范性地描述根据对收发器单元120中 的天线进行控制的方式的集成雷达装置100的实施方式。然而，在图5-8所示的实施方式中，作为发射信道，必须包括三个信道，作为两个 中长距发射天线(Txl、Tx2)和一个短距发射天线(txl)，而作为接收信道，必须包括六个信 道，作为四个中长距接收天线(Rxl、Rx2、RX3、RX4)和两个短距接收天线(rxl、rx2)。如图5所示，如果收发器单元120中所包括的发射单元210和接收单元220都根 据对天线进行控制的方式(如切换方式)来控制发射天线和接收天线，则可以如图5所示， 通过在收发器单元120中包括发射单元210处的发射终端开关510和接收单元220处的接 收终端开关520来实现该集成雷达装置。这里，因为发射单元210通过发射终端开关510切换至多个中长距发射天线(Txl、 Tx2)和一个或更多个短距发射天线(txl)中的一个天线，接着通过发射天线(Txl、Tx2、 txl)中所选择的发射天线来发射中长距信号或短距信号，所以发射单元210中的振荡单元 211仅需要生成要通过发射天线(TXl、Tx2、txl)中所选择的发射天线来发射的中长距信号 或短距信号。因此，振荡单元211仅需要单个信道。而且，因为接收单元220通过接收终端开关520切换至多个中长距接收天线(Rxl、 Rx2、Rx3、Rx4)和一个或更多个短距接收天线(rxl、rx2)中的一个天线，接着通过接收天 线(RXl、RX2、RX3、Rx4、rxl、rO中所选择的发射天线来接收中长距回波信号或短距回波 信号，所以接收单元220中所包括的低噪声放大/混合单元221仅需要针对通过接收天线 (Rxl、Rx2、Rx3、Rx4、rxl、rx2)中所选择的接收天线而接收到的中长距回波信号或短距回 波信号来执行低噪声放大和混合的功能。因此，低噪声放大/混合单元221仅需要单个信 道。再次参照图5中的集成雷达装置，对发射中长距信号和短距信号以及接收中长距 回波信号和短距回波信号进行详细描述。参照图5，可以包括电压振荡器和振荡器模块的振 荡单元211生成中长距信号和短距信号，每个信号都是在波形上进行了改动的信号。接着， 通过中长距天线(Txl、TO中的第一选择的中长距发射天线(Txl)来发射所生成中长距信 号。此后，通过所选择的接收天线来接收由所发射的中长距信号在中长距目标上反射而生 成的中长距回波信号，同时每信道顺序地选择四个中长距接收天线(RX1、RX2、RX3、RX4)中 的每一个接收天线，且它们之间有一时间延迟。如此前所述，如果用于接收中长距数据和处理信号的时段结束，其中，中长距数据 接收天线(Rxl、Rx2、Rx3、Rx4)接收由通过第一中长距天线(Txl)发射的中长距信号而生 成的中长距回波信号，则切换至第二中长距发射天线(Tx2)，由此来发射中长距信号，接着 通过切换至中长距接收天线(Rxl、Rx2、Rx3、Rx4)来接收中长距回波信号。经过所有这些 处理，接收中长距数据和处理信号的所有时段都结束了。随后，发射终端开关510切换至短距发射天线(txl)，由此通过射束辐射来发射短距信号，并且接收终端处的接收终端开关520切换至短距接收天线(rxl、rx2)中的每一个， 由此通过单独的信道来接收短距回波信号。 根据图5中的集成雷达装置的实施方式，通过将中长距雷达功能和短距雷达功能 集成起来，可以提供高精度的角分辨率，可以减小天线的总数量，由此可以缩减RF硬件装 置的数量。而且，利用中长距发射天线(Txl、Tx2)之间的短距发射天线和短距接收天线的 排布结构，能够实现能同时进行中长距检测和短距检测的小型集成雷达装置100。
参照图6，收发器单元120中所包括的发射单元210和接收单元220根据对天线进 行控制的方式(如多信道方式)结合发射和接收来控制天线。在这种情况下，集成雷达装 置100可以如图6所示来实现，而不需要包括在收发器单元210中的、发射单元210处的发 射终端开关510和接收单元220处的接收终端开关520。这里，因为发射单元210通过多个信道来接收中长距信号和短距信号，每一个信 道都被单独分配给了所述多个中长距发射天线(Txl、TO和所述一个或更多个短距发射 天线(txl)，所以发射单元210中的振荡单元211会生成要通过包括这多个信道在内的多 信道来发射的中长距信号和短距信号，每一个信道都被单独分配给了多个中长距发射天线 (Txl, Tx2)和一个或更多个短距发射天线(txl)。因此，在图6所示的实施方式中，振荡单 元211需要三个信道，这对应于发射天线(TXl、Tx2、txl)的数量。而且，因为接收天线220通过多个信道来接收中长距回波信号和短距回波信号， 每一个信道都被单独分配给了多个中长距接收天线(Rxl、Rx2、Rx3、Rx4)和一个或更多个 短距接收天线(rxl、rx2)，所以接收单元220中的低噪声放大/混合单元221针对通过这 多个信道接收的中长距回波信号或短距回波信号来执行低噪声放大和混合功能，每一个信 道都被单独分配给了多个中长距接收天线(Rxl、Rx2、Rx3、Rx4)和一个或更多个短距接收 天线(rxl、rx2)。因此，低噪声放大/混合单元221需要6个信道，这对应于图6的实施方 式中的接收天线(Rxl、Rx2、Rx3、Rx4、rxl、rx2)的数量。参照图7，收发器单元120中包括的发射单元210根据对天线进行控制的方式(如 多信道方式)来控制多个中长距发射天线(Txl、Tx2)和一个或更多个接收天线(txl)，并 且收发器单元120中包括的接收单元220根据对天线进行控制的方式(如切换方式)来控 制多个中长距接收天线(RX1、RX2、RX3、RX4)和一个或更多个接收天线(rxl、rx2)。在这种 情况下，集成雷达装置100可以如图7所示通过在收发器单元120中包括接收单元220处 的接收终端开关520来实现。这里，因为发射单元210通过多个信道来接收中长距信号和短距信号，每一个 信道都被单独分配给了多个中长距发射天线(Txl、TO和一个或更多个短距发射天线 (txl)，所以发射单元210中的振荡单元211生成要通过包括这多个信道在内的多信道而 发射的中长距信号和短距信号，每一个信道都被单独分配给了多个中长距发射天线(Txl、 Tx2)和一个或更多个短距发射天线(txl)。因此，在图7所示实施方式中，振荡单元211需 要三个信道，这对应于发射天线(TXl、Tx2、txl)的数量。另一方面，因为接收天线220通过接收终端开关520切换至从多个中长距接收天 线(RX1、RX2、RX3、RX4)和一个或更多个短距接收天线(rxl、rx2)中选择的天线，接着通过 接收天线(RXl、RX2、RX3、Rx4、rxl、rO中所选择的接收天线来接收中长距回波信号或短 距回波信号，所以接收单元220中的低噪声放大/混合单元221仅针对通过接收天线(Rxl、Rx2,Rx3,Rx4,rxUrx2)中所选择的接收天线而接收到的中长距回波信号或短距回波信号 执行低噪声放大和混合功能。因此，在图7所示的实施方式中，低噪声放大/混合单元221 仅需要单个信道。参照图8，收发器单元120中包括的发射单元210根据对天线进行控制的方式(如 切换方式)来控制多个中长距发射天线(Txl、Tx2)和一个或更多个短距发射天线(txl)， 并且收发器单元120中包括的接收单元220根据对天线进行控制的方式(如多信道方式) 来控制多个中长距接收天线(RX1、RX2、RX3、RX4)和一个或更多个短距接收天线(rxl)。在 这种情况下，如图8的实施方式所示，集成雷达装置100包括收发器单元120中的发射单元 210处的发射终端开关510。这里，因为收发器单元120中包括的发射单元210通过发射终端开关510切换至 从多个中长距发射天线(Txl、Tx2)和一个或更多个短距发射天线(txl)中选择的天线，接 着通过发射天线(TXl、Tx2、txl)中所选择的发射天线来接收中长距信号或短距信号，所以 发射单元210中的振荡单元211仅需要生成要通过发射天线(TXl、Tx2、txl)中所选择的发 射天线来发射的中长距信号或短距信号。因此，振荡单元211仅需要如图8所示的单个信 道。而且，因为接收单元220通过多个信道来接收中长距回波信号和短距回波信号， 每一个信道都被单独分配给了多个中长距接收天线(Rxl、Rx2、Rx3、Rx4)和一个或更多个 短距接收天线(rxl、rx2)，所以接收单元220中的低噪声放大/混合单元221会针对通过 这多个信道接收到的中长距回波信号或短距回波信号来执行低噪声放大和混合功能，每一 个信道都被单独分配给了多个中长距接收天线(Rxl、Rx2、Rx3、Rx4)和一个或更多个短距 接收天线(rxl、rx2)。因此，低噪声放大/混合单元221需要6个信道，这对应于如图8的 实施方式中的接收天线(Rxl、Rx2、Rx3、Rx4、rXl、rX2)的数量。根据图5-8所示的集成雷达装置100的实施方式，中长距雷达功能和短距雷达功 能的集成使得可以提供高精度的角分辨率、可以减小天线的总数量，由此可以减小RF硬件 装置的数量。而且，利用中长距发射天线(Txl、Tx2)之间的短距发射天线和短距接收天线 的排布结构，可以实现能够同时进行中长距检测和短距检测的小型集成雷达装置100。另一方面，如图1和2所示，根据本发明实施方式的集成雷达装置100包括用于控 制要发射的信号的生成和利用所发射和所接收的数据来处理信号的处理器130，其中，处理 器130向第一处理单元230和第二处理单元240分布需要大量计算的信号处理。第一处理单元230获取中长距数据和短距数据的一个或更多个发射数据，和中长 距接收数据和短距接收数据的一个或更多个接收数据(其在收发器单元120中的放大/转 换单元222处被数字转换)，基于所获取发射数据来控制中长距信号和短距信号中的一个 或更多个的生成，使所获取的发射数据同步化并进行频率转换。第二处理单元240基于在 第一处理单元230处经过频率转换的发射数据和接收数据来执行CFAR(恒定虚警率)计 算、跟踪计算和目标选择计算，并且提取与中长距目标和短距目标中的一个或更多个有关 的角信息、速度信息以及距离信息。第二处理单元240在与发动机、外围传感器、外围E⑶(电子控制单元)以及车辆 控制系统(例如，ESC(电子稳定性控制))中的一个或更多个进行通信的同时，执行故障保 护功能和诊断功能。
第一处理单元230可以通过FPGA (现场可编程门阵列)或ASIC (专用集成电路) 来实现，而第二处理单元240可以通过MCU (微控制器单元)或DSP (数字信号处理器)来 实现。这样，就可以缩减处理计算量和硬件尺寸。另一方面，收发器单元120可以利用GaAs(砷化镓)、SiGe(锗化硅)以及CMOS(互 补金属氧化物半导体)中的一种或更多种，通过离散IC、单芯片、双芯片来实现。这样，就可 以显著减小硬件尺寸。如前所述，根据本发明实施方式的集成雷达装置100中所包括的天线单元110包 括中长距天线单元111和短距天线单元112，该中长距天线单元111包括多个中长距发射天 线和多个中长距接收天线，而该短距天线单元112包括一个或更多个短距发射天线和一个 或更多个短距接收天线。可以将天线单元110设计成具有这样的排布结构，即，天线单元110的中长距天线 单元111中所包括的多个中长距发射天线之间的距离与所述多个中长距接收天线之间的 距离和所述多个中长距接收天线的数量之积成比例。而且，可以按这样的方式来布置天线，即，将天线单元110中的短距天线单元112 包含在中长距天线单元111中。例如，短距天线单元112中所包括的一个或更多个短距发 射天线和一个或更多个短距接收天线可以布置在中长距天线单元111的多个中长距发射 天线之间。可以将天线单元110设计成具有图3所示的天线排布结构。然而，在图3的示范性 天线排布结构中，假定中长距天线单元111包括两个中长距发射天线(Τχ 、Tx2)和N个中 长距接收天线(Rxl、Rx2... RxN)，并且假定短距天线单元112包括一个短距发射天线(txl) 和两个短距接收天线(rxl、rx2)。参照图3中的天线排布结构，可以按这样的方式来排布天线，即，D与N*d成比例， 其中，“D”是天线单元110的中长距天线单元111中所包括的两个中长距发射天线(Txl、 Tx2)之间的距离；“d”是数量为“N”的中长距接收天线之间的距离，而“N”是中长距接收天 线的数量。而且，将天线单元110的短距天线单元112排布成包含在中长距天线单元111之 内。参照图3中的天线排布结构，短距天线单元112中所包括的一个或更多个短距发射天 线(txl)和两个短距接收天线(rXl、rd)排布在中长距天线单元111中所包括的两个中长 距发射天线(Txl、Tx2)之间。另一方面，天线单元110中所包括的多个中长距发射天线的数量与多个中长距接 收天线的数量之积与根据本发明实施方式的集成雷达装置100所需的角分辨率成反比。例 如，集成雷达装置100所需角分辨率可以如等式1所示来表示，其中，“Μ”是中长距发射天 线的数量；“N”是中长距接收天线的数量；而“d”是中长距接收天线之间的距离。[等式1]角分辨率^ 1/(MXNXd)根据公式1，如果希望提高高精度的角分辨率，则应当增大中长距接收天线的数量 (N)，由此使FOV (视野)变窄，从而可以由此提高角分辨率。考虑到上述情况，具有根据本发明的天线排布结构的集成雷达装置100(其中，中 长距发射天线的数量为M，而中长距接收天线的数量为N)的角分辨率等于常规雷达装置(其中，中长距发射天线的数量为1，而中长距接收天线的数量为M*N)的角分辨率。下面参照图9的(a)、(b)以及(C)对角分辨率进行详细描述，这些图例示了本发 明的集成雷达装置能实现高精度的角分辨率并且减小硬件尺寸和制造成本的效果。假定将 中长距发射信道和中长距接收信道分别分配给中长距发射天线和中长距接收天线。换句话 说，假定中长距发射天线的数量等于中长距发射信道的数量，而中长距接收天线的数量等 于中长距接收信道的数量。图9的(a)是例示了本发明的集成雷达装置100的角分辨率等于常规雷达装置的 角分辨率的波束图，其中，集成雷达装置100包括两个中长距发射天线和两个中长距接收 天线，并且其中，常规雷达装置包括一个中长距发射天线和四个中长距接收天线。然而，在 本发明中，天线和信道的总数为四(=2+2)，而常规装置中的天线和信道的总数为五(= 1+4)。换句话说，与常规雷达装置相比，根据本发明实施方式的集成雷达装置100仅需要数 量更少的天线和信道。因此，可以减少收发器单元120和处理器130中所包括的天线的数 量和装置的数量，并由此减小硬件尺寸和制造成本。图9的(b)是例示了本发明的集成雷达装置100的角分辨率等于常规雷达装置的 角分辨率的波束图，其中，集成雷达装置100包括两个中长距发射天线和三个中长距接收 天线，并且其中，常规雷达装置包括一个中长距发射天线和六个中长距接收天线。然而，在 本发明中，天线和信道的总数为五(=2+3)，而在常规装置中，天线和信道的总数为七(= 1+6)。换句话说，如同图9的(a)所示情况，与常规雷达装置相比，根据本发明实施方式的 集成雷达装置100仅需要数量更少的天线和信道。因此，可以减少收发器单元120和处理 器130中所包括的天线的数量和装置的数量，并由此减小硬件尺寸和制造成本。图9的(c)是例示了本发明的集成雷达装置100的角分辨率等于常规雷达装置的 角分辨率的波束图，其中，集成雷达装置100包括两个中长距发射天线和六个中长距接收 天线，并且其中，常规雷达装置包括一个中长距发射天线和十二个中长距接收天线。然而， 在本发明中，天线和信道的总数为八(=2+6)，而在常规装置中，天线和信道的总数为十三 (=1+12)。换句话说，如同图9的(a)和(b)所示情况，与常规雷达装置相比，根据本发明 实施方式的集成雷达装置100仅需要数量更少的天线和信道。因此，可以减少收发器单元 120和处理器130中所包括的天线的数量和装置的数量，并由此减小硬件尺寸和制造成本。如此前所述，根据本发明实施方式的集成雷达装置100使得可以根据天线结构和 对天线进行控制的方式来减少天线和信道的数量，可以减少收发器单元120和处理器130 中所包括的装置的数量，并且可以减小硬件尺寸和制造成，而同时具有与常规装置相同的 角分辨率。另一方面，根据本发明实施方式的集成雷达装置100采用诸如LMS、RLS、MUSIC以 及EsraiT的角估计算法，由此提高天线的物理角分辨率。参照图10的(a)，当在常规装置 的情况下中长距目标(或短距目标)位于10°与20°方向之间时，因天线的物理角分辨率 的局限性而不能辨别中长距目标(或短距目标)。然而，当采用角估计算法时，克服了物理 局限性，由此可以提高角分辨率，如图10的(b)所示，并由此可以辨别中长距目标(和短距 目标)。因此，根据本发明实施方式的集成雷达装置100还可以包括用于控制角分辨率的角 分辨率控制器，以使得可以通过角估计算法来辨别位于特定角度的中长距目标和短距目标 中的一个或更多个。
可以将根据本发明实施方式的集成雷达装置100链接至利用长距雷达信号的车 辆系统、利用中距雷达信号的车辆系统，以及利用短距雷达信号的车辆系统。如图4的(a)和(b)所示，将集成雷达装置100安装在车辆的前边缘或侧后边缘， 以使之链接至车辆系统，如用于利用与长距雷达信号相对应的长距信号410来检测驾驶员 的处于Om与250m之间范围的自身车道的ACC(自适应巡航控制)系统；用于利用与中距 雷达信号相对应的中距信号420来检测处于Om与70m之间范围的侧后方车道的LCA(变 道辅助)系统；用于利用与短距雷达信号相对应的短距信号420来执行前方检测和防撞的 ST0P&G0系统；用于利用与短距雷达信号相对应的短距信号420、440来执行驻车控制的驻 车辅助系统；以及用于检测侧后方和从侧面车道超车的车辆由此执行碰撞警告和防碰撞功 能的LCA (变道辅助)/BSD (盲点检测)/RPC (防追尾)系统。图11是例示了根据本发明实施方式的集成雷达装置100所提供的数据的获取方 法的流程图。参照图11，根据本发明实施方式的集成雷达装置100使用循环指数(Cyclehdex) (其是用于获取数据的控制参数)，由此控制中长距天线111和短距天线112，使其通过发射 短距信号来获取短距回波信号，并且通过发射中长距信号来获取中长距回波信号。参照图11，确定循环指数是否等于0(零)(S1100)。如果循环指数等于0，则通过 中长距天线信道来执行数据获取(S1102)(这里，数据指由所发射的中长距信号在中长距 目标上反射而生成的中长距回波信号)。当中长距天线单元111通过之间有时间延迟的各 个信道接收到所有中长距回波信号时，将循环指数从“0”变为“1” (Si 104) 0如果循环指 数变为“1”，则在确定循环指数是否等于“0” (S1100)之后通过短距天线信道来执行数据 获取(S1106)(这里，数据指由所发射的短距信号在短距目标上反射而生成的短距回波信 号)。同样地，当短距天线单元112通过之间有时间延迟的各个信道接收到所有短距回波信 号时，将循环指数从“ 1，，变为“0”(Si 108)，接着重复上述处理，以获取下一个数据。图12是例示了根据本发明实施方式的集成雷达装置100所提供的信号的处理方 法的流程图。参照图12，根据本发明实施方式的集成雷达装置100所提供的信号的处理方法包 括以下步骤完成根据图11所示方法的数据获取(S1200)；针对所获取数据(所接收数据) 执行数据缓冲(S1201)；针对所缓冲数据进行频率转换(S1204)；基于经频率转换的数据来 执行CFAR(恒定虚警率)计算(S1206)；以及提取与目标有关的角信息、速度信息和距离信 息(S1208)。频率转换(S1206)可以利用傅里叶变换(如快速傅里叶变换(FFT)来执行。根据本发明另一实施方式的集成天线装置包括多个中长距发射天线、多个中长距 接收天线、一个或更多个短距发射天线以及一个或更多个短距接收天线，其中，所述多个中 长距发射天线之间的距离与所述多个接收天线之间的距离和所述多个中长距接收天线的 数量之积成比例。根据本发明另一实施方式的集成天线装置包括多个中长距发射天线、多个中长距 接收天线、一个或更多个短距发射天线以及一个或更多个短距接收天线，其中，所述一个或 更多个短距发射天线和所述一个或更多个短距接收天线排布在所述多个中长距发射天线 之间。如上所述，本发明的实施方式提供了这样的天线结构，其使得可以获得高精度的角分辨率，可以减小装置的尺寸和数量，并且可以集成中长距雷达功能和短距雷达功能。而 且，本发明的实施方式提供了集成雷达装置100，其使得可以利用上述天线有效地处理针对 中长距雷达功能和短距雷达功能的信号发射和接收。而且，本发明的实施方式提供了具有所述天线结构的集成天线装置，其使得可以 获得高精度的角分辨率，可以减小装置的尺寸和数量，并且可以集成中长距雷达功能和短 距雷达功能。即使上面描述了本发明实施方式的所有组件耦接为单一单元或耦接成要操作为 单一单元，本发明也不必受限于这样的实施方式。即，在这些组件当中，可以将一个或更多 个组件选择性地耦接成操作为一个或更多个单元。另外，尽管每一个组件都可以实现为独 立硬件，但一些或全部组件可以选择性地彼此组合，以使它们可以实现为具有用于执行在 一个或更多个硬件中组合的一些或全部功能的一个或更多个程序模块的计算机程序。本发 明技术领域的普通技术人员可以容易地设想形成该计算机程序的代码和代码段。这种计算 机程序可以通过存储在计算机可读存储介质中、并且通过计算机读取和执行来实现本发明 的实施方式。磁记录介质、光记录介质、载波介质等可以采用为存储介质。另外，因为诸如“包括”以及“具有”的措辞是指一个或更多个对应组件可能存在， 除非它们被相反地具体描述，所以应当解释为可以包括一个或更多个其它组件。包含一个 或更多个技术或科学术语的所有术语具有本领域技术人员普通地理解的相同含义，除非它 们被以其它方式定义。如同词典所定义的普通使用的术语应当解释为，其具有等于相关描 述背景下的含义，而不应按理想或过度形式化的含义来解释，除非其在本说明书中清楚地 定义。尽管出于例示的目的，对本发明的优选实施方式进行了描述，但本领域技术人员 应当清楚，在不脱离如所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改 例、增加例以及置换例都是可以的。因此，本发明中公开的实施方式旨在例示本发明的技术 思想范围，并且本发明的范围不限于所述实施方式。本发明的范围应当按等同于权利要求 书的范围内所包括的全部技术思想属于本发明的这种方式，基于所附权利要求书来解释。
权利要求
1.一种集成雷达装置，该集成雷达装置包括天线单元，该天线单元具有中长距天线单元和短距天线单元，其中，所述中长距天线单 元包括多个中长距发射天线和多个中长距接收天线，而所述短距天线单元包括一个或更多 个短距发射天线和一个或更多个短距接收天线；收发器单元，该收发器单元用于根据从切换方式和多信道方式中选择的一种或更多种 对天线进行控制的方式来控制所述中长距天线单元和所短距天线单元，发射中长距信号和 短距信号中的一个或更多个，并接收中长距回波信号和短距回波信号中的一个或更多个， 所述中长距回波信号是由所述中长距信号在中长距目标上反射而生成的，而所述短距回波 信号是由所述短距信号在短距目标上反射而生成的。
2.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，在以切换方式来控制所述中长距天线单元中包括的所述多个中长距发射天线和所述 短距天线单元中包括的所述一个或更多个短距发射天线的情况下，所述收发器单元切换至从所述多个中长距发射天线和所述一个或更多个短距发射天 线中选择的天线，并且通过所选择的中长距发射天线或所选择的短距发射天线来发射所述 中长距信号或所述短距信号。
3.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，在以切换方式来控制所述中长距天线单元中包括的所述多个中长距接收天线和所述 短距天线单元中包括的所述一个或更多个短距接收天线的情况下，所述收发器单元切换至从所述多个中长距接收天线和所述一个或更多个短距接收天 线中选择的天线，并且通过所选择的中长距接收天线或所选择的短距接收天线来接收所述 中长距回波信号或所述短距回波信号。
4.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，在以多信道方式来控制所述中长距天线单元中包括的所述多个中长距发射天线和所 述短距天线单元中包括的所述一个或更多个短距发射天线的情况下，所述收发器单元通过多个单独的信道来发射所述中长距信号和所述短距信号，其中， 每一个单独的信道都被分配给了所述多个中长距发射天线和所述一个或更多个短距发射 天线。
5.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，在以多信道方式来控制所述中长距天线单元中包括的所述多个中长距接收天线和所 述短距天线单元中包括的所述一个或更多个短距接收天线的情况下，所述收发器单元通过多个单独的信道来接收所述中长距回波信号或所述短距回波信 号，其中，每一个单独的信道都被分配给了所述多个中长距接收天线和所述一个或更多个 短距接收天线。
6.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，所述收发器单元包括发射单元，该发射单元具有用于生成所述中长距信号和所述短距信号中的一个或更多 个的振荡单元；和接收单元，该接收单元具有低噪声放大/混合单元和放大/转换单元，所述低噪声放大 /混合单元用于对所述中长距回波信号和所述短距回波信号中的一个或更多个进行低噪声 放大并且对所述中长距回波信号和所述短距回波信号中经低噪声放大的一个或更多个进行混合，而所述放大/转换单元用于对所述中长距回波信号和所述短距回波信号中经混合 的一个或更多个进行放大，对所述中长距回波信号和所述短距回波信号中经放大的一个或 更多个进行数字转换，并且生成中长距接收数据和短距接收数据中的一个或更多个。
7.根据权利要求6所述的集成雷达装置，其中，在所述收发器单元以切换方式来控制所述中长距天线单元和所述短距天线单元的情 况下，所述收发器单元中包括的所述振荡单元和所述低噪声放大/混合单元仅使用一个信道。
8.根据权利要求6所述的集成雷达装置，其中，在所述收发器单元以多信道方式来控制所述中长距天线单元和所述短距天线单元的 情况下，所述收发器单元中包括的所述振荡单元和所述低噪声放大/混合单元使用多个信道， 信道的数量等于包括所述多个中长距发射天线和所述一个或更多个短距发射天线在内的 天线的数量。
9.根据权利要求6所述的集成雷达装置，其中，该集成雷达装置还包括第一处理单元，该第一处理单元用于获取中长距数据和短距数据中的一个或更多个发 射数据以及在所述放大/转换单元处经过数字转换的数字转换后中长距接收数据和数字 转换后短距接收数据中的一个或更多个接收数据，基于所获取的发射数据来控制所述中长 距信号和所述短距信号中的一个或更多个的生成，对所获取的发射数据和所获取的接收数 据进行同步和频率转换；和第二处理单元，该第二处理单元用于基于频率转换后的发射数据和频率转换后的接收 数据来执行恒定虚警率CFAR计算、跟踪计算和目标选择计算，并且提取与所述中长距目标 和所述短距目标中的一个或更多个有关的角信息、速度信息和距离信息。
10.根据权利要求9所述的集成雷达装置，其中，所述第二处理单元在与发动机、外围 传感器、外围电子控制单元以及车辆控制系统中的一个或更多个进行通信的同时，执行故 障保护功能和诊断功能。
11.根据权利要求9所述的集成雷达装置，其中，所述第一处理单元通过现场可编程门 阵列FPGA或专用集成电路ASIC来实现，而所述第二处理单元通过微控制器单元MCU或数字信号处理器DSP来实现。
12.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，所述收发器单元利用砷化镓GaAs、锗 化硅SiGe以及互补金属氧化物半导体CMOS中的一种，通过离散IC、单芯片或者双芯片来实 现。
13.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，所述多个中长距发射天线之间的距离 与所述多个中长距接收天线之间的距离和所述多个中长距接收天线的数量之积成比例。
14.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，所述短距天线单元被包括在所述中长 距天线单元中。
15.根据权利要求14所述的集成雷达装置，其中，所述短距天线单元中包括的所述一 个或更多个短距发射天线和所述一个或更多个短距接收天线排布在所述中长距天线单元 中包括的所述多个中长距发射天线之间。
16.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，所述多个中长距发射天线的数量与所 述多个中长距接收天线的数量的乘积被确定为与所述集成雷达装置所需的角分辨率成反 比。
17.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，该集成雷达装置还包括角分辨率控制 器，该角分辨率控制器用于控制角分辨率，以便能够通过角估计算法来针对位于特定角处 的所述中长距目标和所述短距目标中的一个或更多个进行辨别。
18.根据权利要求1所述的集成雷达装置，其中，该集成雷达装置链接至利用长距雷达 信号的车辆系统、利用中距雷达信号的车辆系统，以及利用短距雷达信号的车辆系统。
19.一种集成天线装置，该集成天线装置包括多个中长距发射天线、多个中长距接收天线、一个或更多个短距发射天线以及一个或 更多个短距接收天线，其中，所述多个中长距发射天线之间的距离与所述多个中长距接收天线之间的距离和 所述多个中长距接收天线的数量之积成比例。
20.一种集成天线装置，该集成天线装置包括多个中长距发射天线、多个中长距接收天线、一个或更多个短距发射天线以及一个或 更多个短距接收天线，其中，所述一个或更多个短距发射天线和所述一个或更多个短距接收天线排布在所述 多个中长距发射天线之间。
全文摘要
本发明涉及集成雷达装置和集成天线装置。本发明的实施方式公开了一种雷达装置和天线装置，更具体地说，公开了这样一种集成雷达装置和一种集成天线装置，其使得可以获得高精度的角分辨率，可以减小装置的尺寸和数量，可以集成中长距雷达功能和短距雷达功能。
文档编号G01S13/02GK102135616SQ20111000141
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月5日 优先权日2010年1月6日
发明者郑圣熹 申请人:株式会社万都