用于多输入多输出(mimo)系统的独立发射和接收信道校准
背景技术：1.多输入多输出(mimo)天线阵列系统是用于许多雷达系统应用的常见方法。mimo系统通常由某一数量的物理信道组成，包括一定数量的发射信道和一定数量的接收信道。在mimo中，物理信道被映射到数量大于物理信道的虚拟信道阵列。例如，具有四个物理发射信道和四个物理接收信道的mimo系统能够形成十六个发射-接收信道的虚拟阵列。添加更多物理信道能够呈指数增加虚拟信道的数量，但是这也增加了成本。
2.由于包括针对每个物理信道的相互耦合或传输线长度的差异在内的因素，校准通常用于补偿天线响应，以匹配理想的天线阵列响应。然而，具有大量虚拟信道可使mimo校准昂贵且复杂，从而需要更多地使用计算资源。
技术实现要素：3.本文档描述了用于多输入多输出(mimo)系统的独立发射和接收信道校准的技术和系统。与对象成角度从mimo系统的每个虚拟信道收集天线响应。虚拟信道的发射组件和接收组件被分离并且组织成向量(一个用于发射向量，而一个用于接收向量)。针对向量元素的校准值分别被计算并维护在发射校准矩阵和接收校准矩阵中。发射校准矩阵和接收校准矩阵一起可以包括比针对虚拟信道的校准矩阵更少的元素，并因此，与使用其他校准技术相比，校准mimo系统可以需要更少的存储和更少的计算。由此，描述了一种通过准确地近似(approximate)理想天线阵列来校准mimo系统的更便宜并且更简单的方式。
4.在一个示例中，该方法包括，基于经由mimo天线阵列系统获得的信号，收集针对传感器的视场内的角度的信道响应。该方法进一步包括，基于信道响应，生成包括信道响应中的每个信道响应的元素的观测矩阵。该方法进一步包括将观测矩阵的元素分解成与mimo天线阵列系统的发射组件相关联的发射向量。该方法进一步包括将观测矩阵的元素分解成与mimo天线阵列系统的接收组件相关联的接收向量。该方法进一步包括，基于发射向量，计算特定于mimo天线阵列系统的发射组件的发射校准值。该方法进一步包括，基于接收向量，计算特定于mimo天线阵列系统的接收组件的接收校准值。该方法进一步包括将发射校准值和接收校准值维护为相应的发射校准矩阵和接收校准矩阵，用于使得传感器能够校准经由mimo天线阵列系统而发射或接收的波束向量。
5.本发明内容介绍了与mimo系统的独立发射和接收信道校准相关的简化概念，在具体实施方式和附图中进一步描述该简化概念。本发明内容并非旨在标识出要求保护的主题的必要特征，也并非旨在用于确定要求保护的主题的范围。也就是说，由所述技术解决的一个问题是减少校准计算的数量和存储校准数据所需的存储器，以实现更便宜和更简单的校准过程，该校准过程准确地近似于用于mimo应用的理想天线阵列。因此，尽管在改进交通工具的雷达系统功能性的主要情境中进行描述，但是用于mimo系统的独立发射和接收信道校准还可以应用于其中对于mimo天线阵列校准而言期望更少的计算和更少的存储的其他应用。
附图说明
6.在本文档中参照以下附图描述了用于mimo系统的独立发射和接收信道校准的一个或多个方面的细节。图1示出了根据本公开内容的技术和系统的示例环境，在该示例环境中，用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准可被应用；图2示出了根据本公开内容的技术和系统的示例交通工具，在该示例交通工具中，用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准可被应用；图3示出了根据本公开内容的技术和系统的用于mimo系统的独立发射和接收信道校准的物理信道和虚拟信道之间的关系；图4示出了根据本公开内容的技术和系统的用于实现用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的框图；图5示出了根据本公开内容的技术和系统的用于使用单个角度实现用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例方法；图6示出了根据本公开内容的技术和系统的用于使用多个角度实现用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例方法；图7示出了根据本公开内容的技术和系统的用于实现用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例详细方法；图8-1示出了根据本公开内容的技术和系统的使用双静态腔室配置的用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例实现；以及图8-2示出了根据本公开内容的技术和系统的使用双静态雷达配置的用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例实现。贯穿附图通常使用相同的数字来引用相似的特征和部件。
具体实施方式
概述
7.雷达系统被利用于许多应用，包括自主和半自主交通工具。mimo雷达系统(利用mimo天线阵列系统的雷达系统)特别适合于交通工具(例如，汽车、水运工具、飞行器)，这是因为mimo雷达系统能够同时检测和跟踪多个对象。因此，添加更多信道到mimo雷达系统可以提高雷达检测和多个对象的对象跟踪的准确度。
8.mimo雷达系统可以利用包括多个发射和接收信道的物理阵列，该多个发射和接收信道本质上是在天线与发射器或接收器(例如，收发器)之间传播信号的信号路径。越大数量的发射和接收信道造成更多的虚拟信道和更大的合成孔径。更大的合成孔径可以提供更高的角度分辨率，更高的角度分辨率进而使得mimo雷达系统能够更准确地区分彼此接近的对象。例如，四个物理发射信道和四个物理接收信道能够形成十六个发射-接收信道的虚拟阵列。将物理发射和接收信道加倍到各八个，能够形成六十四个发射-接收信道的虚拟阵列。
9.由于相互耦合、传输线差异、天线罩的存在或其他因素，校准通常用于校正mimo雷达系统的实际天线阵列响应，以匹配理想的阵列响应。由于大量的虚拟信道，校准mimo信道在存储和计算方面可能是昂贵的。在一些mimo系统中，可以使用全校准矩阵来补偿所有虚
拟信道及其相关联的相互耦合。参考先前的示例，对于十六个发射-接收信道的虚拟阵列，需要16x16全校准矩阵(256个元素)。随着添加更多信道，该全校准矩阵呈指数增长。如果物理发射信道和接收信道的数量分别增加到八个，则六十四个虚拟信道将需要64x64全校准矩阵(4096个元素)。添加更多信道到mimo雷达系统对于改进的对象跟踪和检测是期望的，尤其是在繁忙的环境中，诸如交通工具在有需要避开的其他交通工具、行人和障碍物的道路上驾驶的驾驶场景。对使用mimo阵列来发射或接收的雷达信号进行处理的存储和计算复杂度与全校准矩阵的大小成比例地增加。
10.虚拟信道之间的相互耦合不是独立的，这是因为它们源于物理天线元件或天线的相互耦合。这意味着虚拟信道的相互耦合包括两个组件，受相邻(例如，附近)物理发射信道影响的发射组件和受相邻(例如，附近)物理接收信道影响的接收组件。由于mimo雷达系统测量从发射信道到接收信道(由发射信道和接收信道形成的虚拟信道)的往返(round trip)信道响应，在信道响应中相互耦合的发射组件和接收组件被组合。本文所描述的技术和系统将组合的信道响应分离成发射组件和接收组件。可以生成用于物理发射信道的发射校准矩阵和用于物理接收信道的接收校准矩阵。这两个矩阵的组合元素呈指数地小于用于虚拟信道的全校准矩阵。通过使用这些技术和系统，校准mimo雷达系统可以需要更少的存储和计算。示例环境
11.图1示出了根据本公开内容的技术和系统的示例环境100，在该示例环境100中，用于mimo雷达系统104的独立发射和接收信道校准可被应用。环境100包括用于校准mimo雷达系统104的校准腔室102，在该示例中，校准腔室102包括多个mimo雷达系统104-1到104-k。同样，可以使用其他环境作为校准腔室102的替代。可以使用任何有助于校准mimo雷达系统的环境。
12.为了便于描述，多个mimo雷达系统104-1到104-k被描述为一个mimo雷达系统104，mimo雷达系统104从对象110所反射的一个或多个角度108(例如，相应的角度108-1到108-k角度)收集信道响应106(例如，相应的信道响应106-1到106-k)。可以相对于公共轴112来测量角度108。多个mimo雷达系统104-1到104-k还可为分离且不同的mimo雷达系统，该分离且不同的mimo雷达系统从多达k个角度108收集信道响应106。
13.mimo雷达系统104可以被安装到可在道路上行驶的任何移动平台。例如，制造商可将mimo雷达系统104的特征(诸如一个或多个雷达传感器)集成到侧视镜、车顶、保险杠、或任何其他内部位置或外部位置(其中fov包括道路和在道路附近的移动或静止的任何目标)。
14.mimo雷达系统104包括计算机可读存储介质(crm)118，计算机可读存储介质(crm)118被配置为存储机器可读指令，机器可读指令当被处理器116或mimo雷达系统104的其他逻辑执行时，使得处理器116或其他逻辑发射和接收电磁能量，以检测和标识对象(诸如对象110)。mimo雷达系统104可以包括硬件、软件和/或固件的组合，以用于检测诸如针对汽车系统的对象。
15.校准腔室102中可以存在至少一个对象110。mimo雷达系统104发射电磁波束(例如，波束向量)，并接收由对象110反射的反射波束作为信道响应106。mimo雷达系统104的每个虚拟发射-接收信道都具有相关联的信道响应106。例如，信道响应106-1是多个信道响
210中或远程系统(例如，膝上型计算机或在校准期间使用的其他计算机)上。在mimo雷达系统204的校准期间，校准模块218收集mimo雷达系统204的信道响应106并生成发射校准矩阵222和接收校准矩阵224。发射校准矩阵222和接收校准矩阵224被存储在crm 216中，并被mimo雷达系统204用来近似理想转向波束。
24.mimo雷达系统204包括mimo天线阵列系统226。雷达系统204能够基于由mimo天线阵列系统226经由发射组件228和接收组件230发射和接收的雷达信号来检测fov中的对象。发射校准矩阵222校正发射组件228，且接收校准矩阵224校正接收组件230，每个校正用以近似于由mimo天线阵列系统226发射和接收的理想转向波束。通过近似与mimo天线阵列系统226相关联的理想转向波束，mimo雷达系统204提高了其准确度。
25.发射组件228包括一个或多个物理发射信道(例如，发射天线、发射器、耦合电路)，且接收组件230包括一个或多个物理接收信道(例如，发射天线、发射器、耦合电路)。物理发射信道和物理接收信道可以被组合在一起，以形成虚拟信道阵列。该阵列中的虚拟信道的数量取决于物理发射和接收信道的数量。更多数量的物理发射和接收信道可以形成更大的虚拟信道阵列。与使用它们相应的校准矩阵来校准物理发射和接收信道相比，使用全校准矩阵校准大的虚拟信道阵列可能需要远远更多的计算和存储。
26.图3示出了根据本公开内容的技术和系统的用于mimo系统的独立发射和接收信道校准的物理信道302和虚拟信道304之间的关系300。物理信道302包括一个或多个物理发射信道306和一个或多个物理接收信道308。在该示例中，存在四个物理发射信道(tx1到tx4)306和四个物理接收信道(rx1到rx4)；然而，物理发射信道306的数量和物理接收信道308的数量可以是任何数量。此外，物理发射信道306和物理接收信道308可以是相等的数量或不同的数量。
27.虚拟(发射-接收)信道304的数量由物理发射信道306的数量乘以物理接收信道308的数量来确定。例如，图3示出了十六个虚拟信道304(tx1rx1到tx4rx4)，这是四个物理发射信道306与四个物理接收信道308的乘积。
28.每个虚拟信道304的信道响应测量由该虚拟信道的相关联的物理发射和接收信道发射和接收的电磁能量的往返。因此，每个虚拟信道304的信道响应包括用于相互耦合的发射组件和接收组件，该相互耦合等于相关联的物理发射信道306和物理接收信道308之间的相互耦合。例如，虚拟信道tx2rx2的相互耦合受tx2和rx2的物理相邻信道影响，而虚拟信道tx3rx2受tx3和rx2的物理相邻信道影响。这两个虚拟信道的相互耦合的接收组件是相同的(由于rx2的相互耦合组件)，但是这两个虚拟信道的相互耦合的发射组件是不同的。tx2rx2具有与tx2相关联的发射组件，而tx3rx2具有与tx3相关联的发射组件。此外，与进一步远离的虚拟信道(例如，tx1rx1和tx4rx4)相比，相邻的虚拟信道304(例如，tx2rx2和tx3rx2)可以具有更大的经组合的相互耦合。本文所描述的技术和系统将每个虚拟信道的相互耦合的发射和接收组件分离，以使用每个物理阵列的相应校准矩阵来校准物理发射和接收信道阵列。发射信道阵列306的发射校准矩阵和接收信道阵列308的接收校准矩阵的元素的经组合的数量可以显著地小于所有虚拟信道304的全校准矩阵中的元素数量。示例方法
29.图4示出了根据本公开内容的技术和系统的用于实现用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的框图400。以一个或多个角度(例如，θ1,、θ2到θk)收集针对mimo雷达系
统(例如，mimo雷达系统104、mimo雷达系统204)的原始信道响应402，并将原始信道响应402提供给校准模块404。如参考图5至图7解释的，校准模块404执行过程(例如，图5的过程500、图6的过程600、图7的过程700)，以生成用于校准mimo雷达系统的分离的发射和接收校准矩阵。
30.生成观测矩阵x(θ1)406-1，该观测矩阵x(θ1)406-1包括在角度θ1获取的信道响应。类似地，生成观测矩阵x(θ2)406-2到x(θk)406-k，观测矩阵x(θ2)406-2到x(θk)406-k分别包括在角度θ2到θk获取的信道响应402。每个观测矩阵被分解成作为发射向量408和接收向量410的发射和接收组件。例如，观测矩阵x(θ1)406-1被分解成发射向量u(θ1)408-1和接收向量v(θ1)410-1。同样，观测矩阵x(θ2)406-2到x(θk)406-k被分解成发射向量u(θ2)408-2到u(θk)408-k和接收向量v(θ2)410-2到v(θk)410-k。
31.发射测量求解器(solver)412被配置成用于将发射向量408中的每一个与在每个收集角度(θ1、θ2、到θk)处的理想转向向量进行比较。发射测量求解器412通过求解等式1的最小值找到优选的发射校准矩阵414来做到这一点：‖c
t
u-a
tzt
‖fꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式1在等式1中，u＝[u(θ1),u(θ2),
…
,u(θk)]且a
t
＝[a
t
(θ1),a
t
(θ2),
…
,a
t
(θk)]。a
t
(θk)是在角度θk处的发射组件的理想转向向量。
[0032]
类似地，接收测量求解器(solver)416被配置成用于将接收向量410中的每一个与在每个收集角度(θ1、θ2、到θk)处的理想转向向量进行比较。接收测量求解器416通过求解等式2的最小值找到优选的接收校准矩阵418来做到这一点：‖crv-arzr‖fꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式2在等式2中,v＝[v
*
(θ1),v
*
(θ2),
…
,v
*
(θk)]且ar＝[ar(θ1),ar(θ2),
…
,ar(θk)].ar(θk)是在角度θk处的接收组件的理想转向向量。
[0033]
发射校准矩阵414和接收校准矩阵418可被存储作为mimo雷达系统的校准数据420。存储发射校准矩阵414和接收校准矩阵418所需的存储可以远小于存储针对所有虚拟信道的全校准矩阵所需的存储。附加地，由于发射校准矩阵414和接收校准矩阵418指数地小于全校准矩阵，在用于mimo雷达系统的校准过程期间可以需要少得多的计算。
[0034]
图5示出了根据本公开内容的技术和系统的用于使用单个角度实现用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例过程500。执行过程500的操作(或步骤)502到518，但不一定限于本文中所示的操作所按照的顺序或组合。此外，一个或多个操作中的任何一个可以被重复、组合或重组以提供其他操作。
[0035]
在502处，收集针对传感器的视场内的角度的信道响应。这些信道响应基于由mimo天线阵列系统获得的信号。在504处，生成观测矩阵。观测矩阵的元素包括在502处收集的信道响应(例如，信道响应106)的集合。
[0036]
在506和508处，观测矩阵的元素分别被分解成发射向量和接收向量。发射向量与mimo天线阵列系统的发射组件相关联，而接收向量与mimo天线阵列系统的接收组件相关联。
[0037]
在510处，基于发射向量来计算特定于mimo天线阵列系统的发射组件的优选发射校准矩阵。在512处，基于接收向量来计算特定于mimo天线阵列系统的接收组件的优选接收校准矩阵。在514处，发射校准矩阵被维护在crm中，并且在516处，接收校准矩阵被维护在
crm中。发射校准矩阵和接收校准矩阵可以使得传感器能够校准由mimo天线阵列系统发射或接收的波束向量。
[0038]
在518处，发射校准矩阵和接收校准矩阵用于校准针对mimo天线阵列系统的波束向量。经校准的波束向量可以近似于针对mimo天线阵列系统的理想转向向量。
[0039]
图6示出了根据本公开内容的技术和系统的用于使用多个角度实现用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例过程600。执行处理600的操作(或步骤)602到618，但不一定限于本文中所示的操作所按照的顺序或组合。此外，一个或多个操作中的任何一个可以被重复、组合或重组以提供其他操作。
[0040]
在602处，收集针对一个或多个传感器的视场内的一个或多个角度中的每个角度的信道响应。这些信道响应基于由一个或多个mimo天线阵列系统获得的信号。
[0041]
在604处，生成针对一个或多个角度中的每个角度的观测矩阵。每个观测矩阵(针对一个或多个角度中的每个角度而生成)包括针对该角度的相应信道响应组中的每个信道响应的元素。在一些方面中，观测矩阵可以用秩一(rank-one)矩阵近似。
[0042]
在606处，确定每个观测矩阵的左奇异向量。每个观测矩阵的左奇异向量表示一个或多个mimo天线阵列系统的发射组件。
[0043]
在608处，确定每个观测矩阵的右奇异向量。每个观测矩阵的右奇异向量表示一个或多个mimo天线阵列系统的接收组件。在一些方面中，可以通过使用奇异值分解每个观测矩阵来确定来自步骤606的左奇异向量和来自步骤608的右奇异向量。此外，左奇异相邻和右奇异向量可以基于相应观测矩阵的最大奇异值。
[0044]
在610处，基于与一个或多个角度中的每个角度相关联的左奇异向量来计算优选发射校准矩阵。发射校准矩阵是等式3的最小解：min‖c
t
u-a
tzt
‖fꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式3
[0045]
类似地，在612处，基于与一个或多个角度中的每个角度相关联的右奇异向量来计算优选接收校准矩阵。接收校准矩阵是等式4的解：min‖crv-arzr‖fꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式4
[0046]
在614处，发射校准矩阵被维护在crm中，并在616处，接收校准矩阵被维护在crm中。发射校准矩阵和接收校准矩阵可以使得一个或多个传感器能够校准由一个或多个mimo天线阵列系统发射或接收的波束向量。
[0047]
在618处，发射校准矩阵和接收校准矩阵用于校准针对一个或多个mimo天线阵列系统中的每一个的波束向量。经校准的波束向量可以近似于针对一个或多个mimo天线阵列系统中的每一个的理想转向向量。
[0048]
图7示出了根据本公开内容的技术和系统的用于实现用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例详细过程700。对于具有n个发射信道和m个接收信道的mimo雷达系统(例如，mimo雷达系统104、mimo雷达系统204)，我们具有如等式5中定义的nmx1向量x(θ)。
在等式5中，假设x(θ)是针对在角度θ处的对象的合成阵列响应，并且x(θ)是nmx1向量。对于发射天线(tx)和接收天线(rx)，x(θ)的元素被映射到由等式6到8给出的相应响应：x
11
到x
n1
＝rx1和tx1到txn的响应
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式6x
12
到x
n2
＝rx2和tx1到txn的响应
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式7x
1m
到x
nm
＝rxm和tx1到txn的响应
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式8在mimo天线阵列校准中，校准矩阵c根据等式9找到：cx(θ)＝a(θ)z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式9在等式9中，c具有维度nmxnm，a(θ)是在角度θ处的理想转向向量，且z是复数标量。向量a(θ)可以表示为等式10：根据等式10，a
t
(θ)和ar(θ)是针对tx和rx的理想转向向量。vec(:)是矢量化操作。矩阵a(θ)是秩一矩阵，这是因为它是两个向量的乘积，如等式11中所示：a(θ)＝a
t
(θ)
·ar
(θ)
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式11原始天线响应x(θ)可以被重写为等式12中给出的nmxnm矩阵x(θ)：因此，通过将x(θ)重写为等式11和12的组合，等式13得出：x(θ)＝x
t
(θ)
·
xr(θ)
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式13在等式13中，x
t
(θ)和xr(θ)是针对tx和rx的原始天线响应向量，可以计算c
t
和cr，以使得满足等式14：c
t
x
t
(θ)＝a
t
(θ)z
tcr
xr(θ)＝ar(θ)zrꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式14然而，原始天线响应数据矩阵x(θ)通常是满秩的。对于为秩一的x(θ)，在tx天线和rx天线之间的相互耦合需要是零，并且仅在tx天线自身之间和rx天线自身之间存在相互耦合。该假设可以适用于调频连续波(fmcw)雷达系统，其中在tx和rx之间的隔离是天线和系统设计的必要需求。较差的tx和rx隔离可能导致噪声基底增加和灵敏度减低。基于在tx和rx之间存在良好的隔离的假设，x(θ)近似于秩一矩阵。如等式15所示，可以针对x(θ)计算奇异值分解：
等式15假设σ1是最大奇异值，而u1和v1是对应的左奇异向量和右奇异向量。应用上述等式和计算等式13，x(θ)可以被分解成：x(θ)＝x
t
(θ)
·
xr(θ)
t
，从而求出其中u1和v1是来自x
t
(θ)和xr(θ)的归一化向量。图7中的方法被示出为根据传感器腔室测量来计算c
t
和cr的流程图。
[0049]
在702处，收集传感器针对fov内的k个角度的原始天线响应(例如，[x(θ1)、x(θ2)、到x(θk)])。在704处，在所有测量的角度形成天线响应矩阵(例如，[x(θ1)、x(θ2)、到x(θk)])。这些矩阵同样可以被称为观测矩阵。在706处，对每个数据矩阵x(θk)执行奇异值分解，以获取最大奇异值的左奇异向量和右奇异向量u(θk)和v(θk)。
[0050]
在708处，求解以下两个等式16和17：在708处，求解以下两个等式16和17：步骤708可以在图4中的发射测量求解器412和接收测量求解器416中执行。
[0051]
在710处，c
t
和cr被找到。利用所设计的结构，矩阵c
t
和cr可为稀疏的，以进一步减少计算。
[0052]
在计算出c
t
和cr之后，可以通过形成数据矩阵x并且将c
t
和cr在左右相乘来校准波束向量，如等式18所示：单个校准矩阵c可以由等式19形成：单个校准矩阵c可以随后被应用于波束向量x。
[0053]
应用所描述的技术和系统可以导致在mimo雷达系统的校准中效率提高和灵活性提高。例如，根据腔室测量来计算校准矩阵可以变得更高效。在嵌入式系统中存储校准矩阵时，可以使用更少的存储。在角度测定中校准原始波束向量可以是更高效的。附加地，所描述的技术和系统可在双静态腔室配置中工作，其中和ar(θ)来自不同角度。同样，所描述的技术和系统可以在双静态雷达配置中工作，其中发射转向向量和接收转向向量来自不同角度和不同雷达，其中不同的所发射和所接收的信号交叉路径。示例实现
[0054]
图8-1示出了根据本公开内容的技术和系统的使用双静态腔室配置的用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例实现800-1。要校准的mimo雷达系统802(例如，mimo雷达系统104、mimo雷达系统204)以角度804发射电磁信号。电磁信号由对象806反射并且由mimo雷达系统802以角度808接收。尽管传输的角度804和接收的角度808并不相等，但是本文所描述的技术和系统仍然可以应用。
[0055]
图8-2示出了根据本公开内容的技术和系统的使用双静态雷达配置的用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的示例实现800-2。mimo雷达系统810和812被定位以检测用于校准目的的对象814。mimo雷达系统810以角度816来发射和接收，而mimo雷达系统812以角度818来发射和接收。对于由mimo雷达系统810和812发射和接收的电磁信号，存在四条可能的路径，两条直接路径和两条交叉路径。第一直接路径包括来自mimo雷达系统810的传输路径820和接收路径822。该直接路径表示由mimo雷达系统810发射和接收的信号。类似地，第二直接路径表示由mimo雷达系统812发射和接收的信号，由传输路径824和接收路径826表征。两条交叉路径也可以被表示。当由mimo雷达系统812接收到来自mimo雷达系统810的传输信号时，第一交叉路径出现。第一交叉路径包括传输路径820和接收路径826。相反，当由mimo雷达系统810接收到来自mimo雷达系统812的传输信号时，第二交叉路径出现。第二交叉路径包括传输路径824和接收路径822。用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准可以具有在这种环境中操作的灵活性。此外，可以利用能够创建多个直接路径和交叉路径的多个mimo雷达系统。
[0056]
用于实现用于mimo雷达系统的独立发射和接收信道校准的技术和系统可以使得mimo雷达系统的校准中的效率得到提高。通过按指数因子减少校准矩阵中的元素的总体数量，可能需要显著更少的校准计算和存储，尤其是当要校准的信道数量增加时。附加地，所描述的技术和系统可以在双静态腔室配置或在双静态雷达配置中工作，从而在校准mimo雷达系统时实现更大的灵活性。附加的示例
[0057]
示例1：一种方法，包括：基于经由多输入多输出(mimo)天线阵列系统获得的信号，收集针对传感器的视场内的角度的信道响应；基于信道响应，生成包括针对信道响应中的每个信道响应的元素的观测矩阵；将观测矩阵的元素分解成与mimo天线阵列系统的发射组件相关联的发射向量；将观测矩阵的元素分解成与mimo天线阵列系统的接收组件相关联的接收向量；基于发射向量，计算特定于mimo天线阵列系统的发射组件的发射校准值；基于接收向量，计算特定于mimo天线阵列系统的接收组件的接收校准值；以及将发射校准值和接收校准值维护为相应的发射校准矩阵和接收校准矩阵，以用于使得传感器能够校准经由mimo天线阵列系统发射或接收的波束向量。
[0058]
示例2：任何前述示例的方法，其中针对角度的所收集的信道响应包括多个虚拟信道的信道响应。
[0059]
示例3：任何前述示例的方法，其中虚拟信道的数量基于发射天线的数量与接收天线的数量的乘积。
[0060]
示例4：任何前述示例的方法，其中观测矩阵由秩一矩阵来近似。
[0061]
示例5：任何前述示例的方法，其中将观测矩阵分解成接收向量进一步包括：基于奇异值分解来分解观测矩阵，其中发射向量包括基于奇异值分解的左奇异向量，并且接收向量包括基于奇异值分解的右奇异向量。
[0062]
示例6：任何前述示例的方法，其中左奇异向量和右奇异向量各自基于来自观测矩阵的奇异值分解的最大奇异值。
[0063]
示例7：任何前述示例的方法，其中发射校准矩阵和接收校准矩阵是稀疏的。
[0064]
示例8：任何前述示例的方法，其中发射校准矩阵和接收校准矩阵具有预定义结构
以减少计算。
[0065]
示例9：任何前述示例的方法，其中传感器包括雷达传感器。
[0066]
示例10：一种系统，包括：一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置成用于：基于经由多输入多输出(mimo)天线阵列系统获得的信号，收集针对传感器的视场内的角度的信道响应；基于信道响应，生成包括针对信道响应中的每个信道响应的元素的观测矩阵；将观测矩阵的元素分解成与mimo天线阵列系统的发射组件相关联的发射向量；将观测矩阵的元素分解成与mimo天线阵列系统的接收组件相关联的接收向量；基于发射向量，计算特定于mimo天线阵列系统的发射组件的发射校准值；基于接收向量，计算特定于mimo天线阵列系统的接收组件的接收校准值；并且将发射校准值和接收校准值维护为相应的发射校准矩阵和接收校准矩阵，以用于使得传感器能够校准经由mimo天线阵列系统发射或接收的波束向量。
[0067]
示例11：任何前述示例的系统，其中针对角度的所收集的信道响应包括多个虚拟信道的信道响应。
[0068]
示例12：任何前述示例的系统，其中虚拟信道的数量基于发射天线的数量与接收天线的数量的乘积。
[0069]
示例13：任何前述示例的系统，其中观测矩阵由秩一矩阵来近似。
[0070]
示例14：任何前述示例的系统，其中一个或多个处理器被进一步配置成用于至少通过以下方式将观测矩阵分解成接收向量：基于奇异值分解来分解观测矩阵；发射向量包括基于奇异值分解的左奇异向量；并且接收向量包括基于奇异值分解的右奇异向量。
[0071]
示例15：任何前述示例的系统，其中观测矩阵的左奇异向量和右奇异向量基于该观测矩阵的基于奇异值分解的最大奇异值。
[0072]
示例16：任何前述示例的系统，其中发射校准矩阵和接收校准矩阵是稀疏的。
[0073]
示例17：任何前述示例的系统，其中发射校准矩阵和接收校准矩阵具有预定义结构以减少计算。
[0074]
示例18：任何前述示例的系统，其中传感器包括雷达传感器。
[0075]
示例19：一种方法，包括：基于经由多输入多输出(mimo)天线阵列系统获得的信号，收集针对一个或多传感器的视场内的一个或多个角度中的每个角度的相应信道响应组；基于针对一个或多个角度的相应信道响应组，生成针对一个或多个角度中的每个角度的观测矩阵，针对一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵包括针对该角度的相应信道响应组中的信道响应中的每个信道响应的元素；确定针对一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵的左奇异向量，该左奇异向量表示mimo天线阵列系统的发射组件；确定针对一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵的右奇异向量，该右奇异向量表示mimo天线阵列系统的接收组件；响应于确定针对一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵的左奇异向量，计算发射校准值，当该发射校准值与每个观测矩阵的左奇异向量相组合时，与针对由每个观测矩阵表示的一个或多个角度中的每个角度的发射组件的理想转向向量相比，该发射校准值提供了最小值；响应于确定针对一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵的右奇异向量，计算接收校准值，当该接收校准值与每个观测矩阵的右奇异向量相组合时，与针对由每个观测矩阵表示的一个或多个角度中的每个角度的接收组件的理想转向向量相比，该接收校准值提供了最小值；以及将发射
校准值和接收校准值维护为相应的发射校准矩阵和接收校准矩阵，以用于使得一个或多个传感器能够校准经由mimo天线阵列系统发射或接收的波束向量。
[0076]
示例20：任何前述示例的方法，其中确定左奇异向量和确定右奇异向量包括基于奇异值分解来分解至少一个观测矩阵。
[0077]
示例21：一种系统，该系统包括用于执行任何前述示例的方法的装置。
[0078]
示例22：一种系统，该系统包括处理器，该处理器配置为执行任何前述示例的方法。
[0079]
示例23：一种非瞬态计算机可读存储介质，该非瞬态计算机可读存储介质包括指令，该指令在被执行时配置处理器以执行任何前述示例的方法。结语
[0080]
虽然在前述描述中描述并且在附图中示出了本公开的各种实施例，但应当理解，本公开不限于此，而是可以在接下来的权利要求的范围内以各种方式实施为实践。根据前述描述，将显而易见的是，可以做出各种更改而不偏离由接下来的权利要求所限定的本公开内容的精神和范围。与校准mimo天线阵列相关联的问题可能发生在其他系统中。因此，尽管被描述为改进mimo雷达系统的校准的方法，但是前述说明书的技术可被应用于包括mimo天线阵列的其他系统。
[0081]
除非上下文另有明确规定，否则“或”和语法上相关的术语的使用表示无限制的非排他性替代方案。如本文所使用的，引述一列项目中的“至少一者”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一种”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c、和a-b-c，以及具有多个相同元素的任何组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c、和c-c-c，或者a、b和c的任何其他排序)。
技术特征：1.一种方法，包括:基于经由多输入多输出(mimo)天线阵列系统获得的信号，收集针对传感器的视场内的角度的信道响应；基于所述信道响应，生成观测矩阵，所述观测矩阵包括针对所述信道响应中的每个信道响应的元素；将所述观测矩阵的所述元素分解成与所述mimo天线阵列系统的发射组件相关联的发射向量；将所述观测矩阵的所述元素分解成与所述mimo天线阵列系统的接收组件相关联的接收向量；基于所述发射向量，计算发射校准值，所述发射校准值特定于所述mimo天线阵列系统的所述发射组件；基于所述接收向量，计算接收校准值，所述接收校准值特定于所述mimo天线阵列系统的所述接收组件；以及将所述发射校准值和所述接收校准值维护为相应的发射校准矩阵和接收校准矩阵，以用于使得所述传感器能够校准经由所述mimo天线阵列系统发射或接收的波束向量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述角度的所收集的信道响应包括多个虚拟信道的信道响应。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，虚拟信道的数量基于发射天线的数量与接收天线的数量的乘积。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述观测矩阵由秩一矩阵来近似。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述观测矩阵分解成所述接收向量进一步包括：基于奇异值分解来分解所述观测矩阵，其中所述发射向量包括基于所述奇异值分解的左奇异向量，并且所述接收向量包括基于所述奇异值分解的右奇异向量。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述左奇异向量和所述右奇异向量各自基于来自所述观测矩阵的所述奇异值分解的最大奇异值。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射校准矩阵和所述接收校准矩阵是稀疏的。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发射校准矩阵和所述接收校准矩阵具有预定义结构以减少计算。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器包括雷达传感器。10.一种系统，包括：一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成用于：基于经由多输入多输出(mimo)天线阵列系统获得的信号，收集针对传感器的视场内的角度的信道响应；基于所述信道响应，生成观测矩阵，所述观测矩阵包括针对所述信道响应中的每个信
道响应的元素；将所述观测矩阵的所述元素分解成与所述mimo天线阵列系统的发射组件相关联的发射向量；将所述观测矩阵的所述元素分解成与所述mimo天线阵列系统的接收组件相关联的接收向量；基于所述发射向量，计算发射校准值，所述发射校准值特定于所述mimo天线阵列系统的所述发射组件；基于所述接收向量，计算接收校准值，所述接收校准值特定于所述mimo天线阵列系统的所述接收组件；并且将所述发射校准值和所述接收校准值维护为相应的发射校准矩阵和接收校准矩阵，以用于使得所述传感器能够校准经由所述mimo天线阵列系统发射或接收的波束向量。11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，针对所述角度的所收集的角度的所述信道响应包括多个虚拟信道的信道响应。12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，虚拟信道的数量基于发射天线的数量与接收天线的数量的乘积。13.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述观测矩阵由秩一矩阵来近似。14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述一个或多个处理器被进一步配置成用于至少通过以下方式将所述观测矩阵分解成接收向量：基于奇异值分解来分解观测矩阵；所述发射向量包括基于所述奇异值分解的左奇异向量；并且所述接收向量包括基于所述奇异值分解的右奇异向量。15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述观测矩阵的所述左奇异向量和所述右奇异向量基于该观测矩阵的基于所述奇异值分解的最大奇异值。16.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述发射校准矩阵和所述接收校准矩阵是稀疏的。17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述发射校准矩阵和所述接收校准矩阵具有预定义结构以减少计算。18.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述传感器包括雷达传感器。19.一种方法，包括：基于经由多输入多输出(mimo)天线阵列系统获得的信号，收集针对一个或多传感器的视场内的一个或多个角度中的每个角度的相应信道响应组；基于针对所述一个或多个角度的所述相应信道响应组，生成针对所述一个或多个角度中的每个角度的观测矩阵，针对所述一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵包括针对该角度的所述相应信道响应组中的所述信道响应中的每个信道响应的元素；确定针对所述一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵的左奇异向量，所
述左奇异向量表示所述mimo天线阵列系统的发射组件；确定针对所述一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵的右奇异向量，所述右奇异向量表示所述mimo天线阵列系统的接收组件；响应于确定针对所述一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵的所述左奇异向量，计算发射校准值，当所述发射校准值与每个观测矩阵的所述左奇异向量相组合时，与针对由每个观测矩阵表示的所述一个或多个角度中的每个角度的所述发射组件的理想转向向量相比，所述发射校准值提供了最小值；响应于确定针对所述一个或多个角度中的每个角度所生成的每个观测矩阵的所述右奇异向量，计算接收校准值，当所述接收校准值与每个观测矩阵的所述右奇异向量相组合时，与针对由每个观测矩阵表示的所述一个或多个角度中的每个角度的所述接收组件的理想转向向量相比，所述接收校准值提供了最小值；以及将所述发射校准值和所述接收校准值维护为相应的发射校准矩阵和接收校准矩阵，以用于使得所述一个或多个传感器能够校准经由所述mimo天线阵列系统发射或接收的波束向量。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，确定所述左奇异向量和确定所述右奇异向量包括基于奇异值分解来分解每个观测矩阵。
技术总结本文档描述了用于多输入多输出(MIMO)系统的独立发射和接收信道校准的技术和系统。与对象成一角度从MIMO系统的每个虚拟信道收集天线响应。虚拟信道的发射组件和接收组件被分离并组织成向量(一个用于发射向量，而一个用于接收向量)。针对向量元素的校准值分别被计算并维护在发射校准矩阵和接收校准矩阵中。发射校准矩阵和接收校准矩阵一起可以包括比针对虚拟信道的校准矩阵更少的元素，并因此，与使用其他校准技术相比，校准MIMO系统可以需要更少的存储和更少的计算。由此，描述了一种通过准确地近似于理想天线阵列来校准MIMO系统的更便宜并且更简单的方式。的更便宜并且更简单的方式。的更便宜并且更简单的方式。
技术研发人员：李正征 张羽 张水梅 张鑫
受保护的技术使用者：安波福技术有限公司
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/11/1
