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专利号: 2021115193666
申请人: 中汽创智科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述方法包括:根据预设的发射天线数量、接收天线数量、方位角分辨率、俯仰角分辨率、方位向FOV以及俯仰FOV构建方位向虚拟线阵、俯仰向虚拟线阵以及包含目标方位角信息和俯仰角信息的角度匹配阵列;

从所述方位向虚拟线阵、俯仰向虚拟线阵以及角度匹配阵列获取方位向通道数据、俯仰向通道数据以及角度匹配阵列通道数据,并基于所述方位向通道数据和俯仰向通道数据分别进行方位角度估计和俯仰角度估计,得到方位角度集合和俯仰角度集合;

对所述方位角度集合中的角度元素和所述俯仰角度集合中的角度元素进行组合,得到至少一组联合角度;

基于所述角度匹配阵列通道数据对所述至少一组联合角度进行匹配判断,以得到与目标相对应的方位角度和俯仰角度。

2.根据权利要求1所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述根据预设的发射天线数量、接收天线数量、方位角分辨率、俯仰角分辨率、方位向FOV以及俯仰FOV构建方位向虚拟线阵、俯仰向虚拟线阵以及包含目标方位角信息和俯仰角信息的角度匹配阵列包括:根据所述预设的方位角分辨率和俯仰角分辨率,分别计算出所述方位向虚拟线阵孔径和俯仰向虚拟线阵孔径;

根据所述方位向FOV确定表示所述方位虚拟线阵的阵元位置间距的第一阵元间距,并根据所述俯仰FOV确定表示俯仰虚拟线阵的阵元位置间距的第二阵元间距;

基于所述第一阵元间距、所述第二阵元间距、所述方位向虚拟线阵孔径以及所述俯仰向虚拟线阵孔径,确定方位向虚拟阵元个数及俯仰向虚拟阵元个数;

基于所述发射天线数量、所述发射天线数量确定虚拟阵列的最大虚拟阵元个数,所述最大虚拟阵元个数为所述发射天线数量与所述发射天线数量的乘积;

基于所述虚拟阵列的最大虚拟阵元个数及所述方位向虚拟阵元个数及俯仰向虚拟阵元个数,确定虚拟阵列的冗余阵元个数;

基于所述冗余阵元个数和利用冗余阵元设计所述角度匹配矩阵。

3.根据权利要求2所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述根据所述预设的方位角分辨率和俯仰角分辨率,分别计算出所述方位向虚拟线阵孔径和俯仰向虚拟线阵孔径包括:

根据下式计算所述方位向虚拟线阵孔径和俯仰向虚拟线阵孔径:其中,Lazimuth表示方位向虚拟线阵孔径,Lpitch表示俯仰向虚拟线阵孔径,λ表示波长,Δθ1表示预设的方位角分辨率,Δθ2表示预设的俯仰角分辨率、θ1是预设的方向角度值、θ2是预设的俯仰角度值。

4.根据权利要求2所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述根据所述方位向FOV确定表示所述方位虚拟线阵的阵元位置间距的第一阵元间距,并根据所述俯仰FOV确定表示俯仰虚拟线阵的阵元位置间距的第二阵元间距包括:根据下式确定所述第一阵元间距和所述第二阵元间距:其中,FOVazimuth表示方位向视角范围,|FOVazimuth|表示FOVazimuth最大的正方位角,FOVelevation表示俯仰向视角范围,|FOVelevation|表示FOVelevation最大的正俯仰角,λ表示波长,xbase表示第一阵元间距,ybase表示第二阵元间距。

5.根据权利要求1所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述从所述方位向虚拟线阵、俯仰向虚拟线阵以及角度匹配阵列获取方位向通道数据、俯仰向通道数据以及角度匹配阵列通道数据包括:

获取采集到的一帧回波数据;

根据所述一帧回波数据区分各通道数据;

针对每个通道,将对应于该通道的数据进行距离‑多普勒成像处理,得到对应于该通道的距离多普勒图像;

对所述各通道数据对应的距离多普勒图像分别进行非相干积累和恒虚警检测处理,得到与至少一个目标相对应的距离多普勒单元;

获取每个所述距离多普勒单元对应的方位向通道数据、俯仰向通道数据以及角度匹配阵列通道数据。

6.根据权利要求2所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述基于所述方位向通道数据和俯仰向通道数据分别进行方位角度估计和俯仰角度估计,得到方位角度集合和俯仰角度集合包括:

根据所述第一阵元间距计算方位导向矢量,并将所述方位导向矢量和所述方位向通道数据进行数字波束形成处理,得到方位角度谱;或者将所述方位向通道数据直接进行傅立叶变换处理,得到方位角度谱;

对所述方位角度谱进行恒虚警检测,得到所述方位角度集合。

7.根据权利要求2所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述基于所述方位向通道数据和俯仰向通道数据分别进行方位角度估计和俯仰角度估计,得到方位角度集合和俯仰角度集合还包括:

根据所述第二阵元间距计算俯仰导向矢量,并将所述俯仰导向矢量和所述俯仰向通道数据进行数字波束形成处理,得到俯仰角度谱;或者将所述俯仰向通道数据直接进行傅立叶变换处理,得到俯仰角度谱;

对所述俯仰角度谱进行恒虚警检测,得到所述俯仰角度集合。

8.根据权利要求1所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述基于所述角度匹配阵列通道数据对所述至少一组联合角度进行匹配判断,以得到与目标相对应的方位角度和俯仰角度包括:

在所述至少一组联合角度的数量等于所述方位角度集合的元素和俯仰角度集合的元素随机匹配得到的不同联合角度的数量的情况下,确定每个联合角度对应一个目标;

在所述至少一组联合角度的数量大于所述方位角度集合的元素数量和俯仰角度集合的元素数量两者中的最大值的情况下,执行如下操作:确定所有联合角度关联集合,每个联合角度关联集合包括相关联的联合角度组合,每个联合角度组合包含两个联合角度;

针对每个联合角度组合,将该联合角度组合中每个联合角度的方位角和俯仰角同时代入角度匹配阵列的导向矢量表达式中,得到该联合角度组合对应的导向矢量;

针对每个联合角度组合,将其对应导向矢量与角度匹配阵列的通道数据进行角度域数字波束形成处理;

针对每个联合角度关联集合,将该集合中联合角度组合对应的数字波束形成结果进行求和,将和值更大的联合角度集合中的两个联合角度指示的方位角和俯仰角分别作为对应的两个目标的方位角和俯仰角。

9.根据权利要求8所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述角度匹配阵列的导向矢量表达式由下式确定:

α(θ,φ)=exp(j·2π·(DAzi·sinθ+DEle·sinφ)/λ);

其中,α(θ,φ)表示导向矢量,θ表示方位角,φ表示俯仰角,DAzi表示方位向物理间距,DEle表示俯仰向物理间距,λ表示波长,j表示相位的复数标志。

10.根据权利要求9所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,所述方位向物理间距DAzi和所述俯仰向物理间距DEle由下式表示:其中,K表示角度匹配阵列的阵元个数,d1表示角度匹配阵列映射在方位向的阵元间距,d2表示角度匹配阵列映射在俯仰向的阵元间距。

11.根据权利要求10所述的MIMO雷达目标测角方法,其特征在于,根据下式进行所述角度域数字波束形成处理:

W=conj(α(θ,φ))*DataK;

其中,W表示角度域数字波束形成的结果,conj表示取共轭操作,DataK表示所述角度匹配阵列的通道数据。

12.一种MIMO雷达目标测角装置,其特征在于,所述装置包括:阵列构建模块,用于根据预设的发射天线数量、接收天线数量、方位角分辨率、俯仰角分辨率、方位向FOV以及俯仰FOV构建方位向虚拟线阵、俯仰向虚拟线阵以及包含目标方位角信息和俯仰角信息的角度匹配阵列;

估计模块,用于从所述方位向虚拟线阵、俯仰向虚拟线阵以及角度匹配阵列获取方位向通道数据、俯仰向通道数据以及角度匹配阵列通道数据,并基于所述方位向通道数据和俯仰向通道数据分别进行方位角度估计和俯仰角度估计,得到方位角度集合和俯仰角度集合;

组合模块,用于对所述方位角度集合中的角度元素和所述俯仰角度集合中的角度元素进行组合,得到至少一组联合角度;

匹配模块,用于基于所述角度匹配阵列通道数据对所述至少一组联合角度进行匹配判断,以得到与目标相对应的方位角度和俯仰角度。

13.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至11中任一项所述的MIMO雷达目标测角方法。

14.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至11中任一项所述的MIMO雷达目标测角方法。