用于虛擬天線信號的雷達系統及方法
【技術領域】
[0001]本公開總地涉及具有天線陣列的雷達系統，更具體地涉及使用虛擬天線元件的合成信號從實際天線元件所接收的信號進行波束形成。
【背景技術】
[0002]提出了具有兩個緊密間隔元件(例如隔開一個半波長(one half-wavelength))和一個寬間隔元件(例如隔開多個波長)的雷達接收-天線陣列。由每個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，該虛擬相位差對應于預期由位于兩個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虛擬相位差。當誤差施加在虛擬相位差時，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。

【發明內容】

[0003]根據一個實施例，提供了配置為處理由雷達天線所檢測的反射信號的雷達系統。該系統包括雷達天線和控制器。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個半波長的貝塔(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]在另一個實施例中，提供了一種控制器，用于配置為處理由雷達天線所檢測的反射信號的雷達系統。天線包括參考元件、與該參考元件隔開了反射信號的一個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個半波長的貝塔元件。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]在又一實施例中，提供了處理由雷達天線所檢測的反射信號的方法。該方法包括從雷達天線接收檢測信號。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個半波長的貝塔元件。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]在閱讀優選實施例的下列詳細描述后，進一步的特征和優勢將更清楚地呈現出，這些優選實施例僅作為非限定性的示例且結合附圖而給出。
【附圖說明】
[0007]現在將參考附圖借助示例來描述本發明，在附圖中:
[0008]圖1是根據一個實施例的雷達系統的圖；
[0009]圖2是根據一個實施例的存在于圖1的系統中的信號的示圖；以及
[0010]圖3是根據一個實施例的由圖1的系統所執行的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]圖1示出了雷達系統(下文稱為系統10)的非限制性示例。系統10通常被配置為處理由雷達天線(下文的天線14)所檢測的反射信號12。盡管未示出，本領域技術人員將理解到反射信號12是目標16反射由可能是系統10的一部分的發射天線(未示出)所發射的發射信號(未示出)的結果，如將被本領域技術人員認識到。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，如本領域技術人員將認識到，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個半波長(例如六個半波長或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元件的末端時天線14的端視圖。每個元件可以是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)。貼片優選地具有1394 μ m的寬度以及1284 μ m的高度。貼片間距優選地是雷達信號的一個波導波長(例如2560 μ m)，并且與每個貼片互相連接的微帶優選為503 μm寬。
[0013]系統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16的方向，系統可確定相對于天線14的孔位置36的角38( Θ )。本領域技術人員將認識到孔位置36通常垂直于天線14的元件所在的基板的平面。控制器也可被配置為向發射天線輸出發射信號(未示出)以用于發射引起反射信號12的發射信號。
[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，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半波長的僅兩個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隔開的第三元件(貝塔元件24)以嘗試降低噪聲效應。認識到檢測信號32可被用于合成或估計來自阿爾法元件22與貝塔元件24之間的位置處的虛擬元件34的信號。應該理解，虛擬元件34不是天線14的實際元件，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中的每個確定或估計虛擬相位差(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中的四個作為貝塔元件24與參考元件20隔開了六個半波長的結果，認識到貝塔元件24可以與參考元件20更遠地隔開。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半波長，這將產生六個虛擬元件。
[0017]提出了通過逐步施加阿爾法相位差40可計算虛擬相位差，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，需要用于估計降低了噪聲效應的相位差的替代方式。
[0018]認識到從貝塔元件24可得到降低的噪聲效應，控制器被配置為確定對應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)。能以復數項將第一虛擬相位差44表達為e1"2。這相同的表達將被用于貝塔元件24與參考元件20隔開了偶數個波長的任何情況下。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總能被表達為eie/2。這與如果阿爾法級數被用于貝塔元件24與參考元件20隔開了六個半波長時將中間虛擬元件的相位差表示為el3°或如果阿爾法級數被用于貝塔元件24與參考元件20隔開了八個半波長時該相位差表示為el4°形成對比。
[0019]應該認識到，在實際相位差中的2 31弧度的整數是未知的。即，貝塔相位差42被更加精確地表達為e1(n2" +