[发明专利]用于增强目标检测的系统和方法

说明书

提供了一种用于确定地面交通工具外部的目标的空间布置或特性的系统。该系统可以包括配置成发送和接收雷达信号的雷达天线阵列，以及可操作地耦合到雷达天线阵列的控制器。控制器可以被配置为使用地面交通工具的空间信息和雷达天线阵列的空间配置，以通过衰减与雷达天线阵列相关的有效灵敏度图案中的一个或多个旁瓣或增强与雷达天线阵列相关的有效灵敏度图案中的主瓣来生成增强的主瓣。控制器可以被配置为使用增强的主瓣来确定(i)目标相对于地面交通工具的空间布置或(ii)目标的特性。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月3日提交的美国专利申请No.16/208,442的优先权，其要求于2018年5月23日提交的美国临时专利申请No.62/675,550的权益，两者出于所有目的通过引用整体并入于此。

背景技术

无线电检测与测距(雷达)可用于许多应用中，包括目标检测、测距、测向和制图。传统上，雷达已用于飞行器、卫星和海上船只中以定位物体和成像地形。近年来，雷达在汽车中的应用(例如，盲点检测、避免碰撞和自动驾驶等)越来越多地被使用。与受天气和能见度变化影响的基于光学的传感器(例如，相机或光检测和测距(LIDAR)系统)不同，雷达能够在弱光条件下、黑暗中以及所有类型的天气条件下工作。

但是，现有的汽车雷达技术可能缺乏以下所需的分辨率：(1)感测不同的物体；(2)区分间距较近的物体；或(3)检测道路或周围环境中物体的特性。现有汽车雷达系统的分辨率可能会在方位角和仰角方面受到限制。另外，由于汽车车身尺寸的限制，现有的汽车雷达系统趋向于具有有限数量的天线和/或天线通道，以及有限的孔径尺寸。

为了提高角分辨率，某些检测系统可能会使用多个天线。这样的系统可能需要以一定距离间隔开的大量天线，以实现改进的角分辨率。然而，这样的系统通常需要额外的组件和传感器，这些组件和传感器对于商用汽车的使用来说是昂贵的。此外，这种系统的总物理尺寸可能使得在地面交通工具上实施这种系统不切实际。

随着近来对自动驾驶的重视，需要在机动交通工具上的远程检测系统，该系统可以提前通知驾驶员关于道路上的潜在障碍物或危险。然而，至少鉴于上述挑战，现有的汽车雷达技术可能尚未准备好和/或不适合在汽车上的远程检测系统中部署。

发明内容

存在对在地面交通工具上的向前和/或向后高分辨率雷达系统的需求，当地面交通工具在环境中移动时，该雷达系统可用于精确地检测目标以及目标的空间布置和/或特性。本文所公开的高分辨率雷达系统可以是能够在相对于雷达系统彼此非常接近的多个目标之间进行区分的雷达系统。雷达系统可以通过提高方位角分辨率、仰角分辨率或其任意组合来实现更高的分辨率。方位角分辨率是雷达系统区分相似范围但不同方位的物体的能力。仰角分辨率是雷达系统区分相似范围但不同仰角的对象的能力。方位角和仰角分辨率可能是雷达阵列几何形状的函数。如果雷达系统能够感测一个或多个目标的存在，将一个或多个目标区分为单独的目标和/或确定一个或多个目标的某些物理特性，则它可以准确地检测目标和/或目标的特征。

本文公开的系统和方法可以使用任何雷达天线阵列(例如，成本相对较低、紧凑且易于商业获得的毫米波长雷达天线阵列)来实现。本文公开的雷达系统可以具有角分辨率，该角分辨率能够使用来自雷达天线阵列的返回来精确测量和跟踪交通工具位置。雷达天线阵列可以是稀疏天线阵列。稀疏天线阵列可以具有比典型的全采样阵列中的天线间隔更远的多个天线，其中相邻天线元件分开由雷达系统发射和/或接收的雷达信号波长的至多一半。如果完全采样的阵列中的相邻天线分开雷达信号波长的约一半以上，则雷达系统在其方向响应可能会出现混叠旁瓣。混叠旁瓣可能是雷达系统定向响应中的峰值，其不一定与目标的真实物理位置相对应。本文公开的系统和方法可以通过抑制稀疏天线阵列雷达系统的方向响应中的混叠旁瓣来提高具有稀疏天线阵列的雷达系统的角分辨率。通过最小化由稀疏天线阵列生成的混叠旁瓣，本文所公开的系统和方法可以使用稀疏天线阵列作为完全采样的阵列来实现相似的分辨率，同时使用更少的雷达天线。