CN111521978B - 雷达信号目标角度检测方法、装置、计算机设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了雷达信号目标角度检测方法、装置、计算机设备及介质，方法包括：预先对雷达检测到的回波数据进行分段，并设置对应的门限系数；当接收到当前回波信号时，对当前回波信号中的各条谱线进行快速傅里叶变换，并取模；取保护单元前后共N‑3根谱线；计算所述N‑3根谱线的幅值的平均值，再乘以当前回波信号所对应的门限系数，得到阈值；将被测谱线的幅值和阈值进行比较，若被测谱线的幅值大于阈值，则保留所述被测谱线，若被测谱线的幅值小于阈值，则将所述被测谱线的幅值置零；计算目标点的角度信息。本发明通过回波拆分，为每段回波数据设置对应的门限系数，这样每一段的阈值更加精确，从而可以更精确地检出真实目标。

Description

雷达信号目标角度检测方法、装置、计算机设备及介质

技术领域

本发明涉及雷达信号检测技术领域，特别涉及雷达信号目标角度检测方法、装置、计算机设备及介质。

背景技术

雷达信号的检测目的是为了判断在某个范围内是否存在目标，在雷达接收器接收回波的过程中，会将包括有用的回波信号以及来自内部接收器产生的噪声或者外部杂波和干扰一并传回接收端，这时外界的信号会对雷达目标的信息判断造成影响。

在雷达检测中，通常把出现目标但没有被雷达检测到的情况称之为漏警，而把雷达检测到目标但实际上没有目标出现的情况称之为虚警。恒虚警(CFAR)处理技术是在雷达自动检测系统中提供检测阈值并且使外界杂波干扰对系统影响最小化的信号处理方式。

但传统的线性调频连续波雷达恒虚警检测精度还有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供雷达信号目标角度检测方法、装置、计算机设备及介质，旨在解决现有线性调频连续波雷达检测精度有待提高的问题。

本发明实施例提供一种基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法，其包括：

预先对雷达检测到的回波数据进行分段，并为每段回波数据设置一个对应的门限系数K1,K2,...,Ki,...,Kn；

当接收到当前回波信号时，对当前回波信号中的各条谱线进行快速傅里叶变换，并取模求得当前回波信号中各条谱线的幅值；

采用一个长度为N的滑窗，将当前回波信号中被测谱线左右两根谱线作为保护单元，分别取保护单元前(N-3)/2根和后(N-3)/2根谱线，共N-3根谱线；

对所述N-3根谱线的幅值进行平均计算得到平均值U，再将所述平均值U乘以当前回波信号所对应的门限系数Ki，得到阈值T＝Ki*U；

将被测谱线的幅值和阈值T进行比较，若被测谱线的幅值大于阈值T，则保留所述被测谱线，若被测谱线的幅值小于阈值T，则将所述被测谱线的幅值置零；

通过所述被测谱线检测到目标点后，计算所述目标点的角度信息。

进一步，所述N为19。

进一步，所述通过所述被测谱线检测到目标点后，计算所述目标点的角度信息，包括：

获取目标点的频点位置，通过逆快速傅里叶变换将频域上的频点回溯到时域的时刻上，得到该目标点在该时刻下两根接收天线对应回波的相位差；

基于所述相位差计算所述目标点的角度信息。

进一步，所述基于所述相位差计算所述目标点的角度信息，包括：

按下述公式计算所述目标点的角度信息：

其中，所述θ为目标点的角度信息，d为两根接收天线的间距，所述ΔR为两根接收天线的波程差。

进一步，

其中，所述λ为电磁波波长，所述

为相位差。

进一步，所述门限系数按下式计算：

其中，N表示滑窗大小，P_fa是虚警概率。

本发明实施例提供一种基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测装置，其包括：

分段单元，用于预先对雷达检测到的回波数据进行分段，并为每段回波数据设置一个对应的门限系数K1,K2,...,Ki,...,Kn；

幅值计算单元，用于当接收到当前回波信号时，对当前回波信号中的各条谱线进行快速傅里叶变换，并取模求得当前回波信号中各条谱线的幅值；

滑窗检测单元，用于采用一个长度为N的滑窗，将当前回波信号中被测谱线左右两根谱线作为保护单元，分别取保护单元前(N-3)/2根和后(N-3)/2根谱线，共N-3根谱线；

阈值计算单元，用于对所述N-3根谱线的幅值进行平均计算得到平均值U，再将所述平均值U乘以当前回波信号所对应的门限系数Ki，得到阈值T＝Ki*U；

幅值比较单元，用于将被测谱线的幅值和阈值T进行比较，若被测谱线的幅值大于阈值T，则保留所述被测谱线，若被测谱线的幅值小于阈值T，则将所述被测谱线的幅值置零；

角度计算单元，用于通过所述被测谱线检测到目标点后，计算所述目标点的角度信息。

进一步，所述角度计算单元包括：

相位差计算单元，用于获取目标点的频点位置，通过逆快速傅里叶变换将频域上的频点回溯到时域的时刻上，得到该目标点在该时刻下两根接收天线对应回波的相位差；

角度信息计算单元，用于基于所述相位差计算所述目标点的角度信息。

本发明实施例还提供一种计算机设备，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，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如上所述的基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法。

本发明实施例提供了雷达信号目标角度检测方法、装置、计算机设备及介质，其中，方法包括：预先对雷达检测到的回波数据进行分段，并为每段回波数据设置一个对应的门限系数K1,K2,...,Ki,...,Kn；当接收到当前回波信号时，对当前回波信号中的各条谱线进行快速傅里叶变换，并取模求得当前回波信号中各条谱线的幅值；采用一个长度为N的滑窗，将当前回波信号中被测谱线左右两根谱线作为保护单元，分别取保护单元前(N-3)/2根和后(N-3)/2根谱线，共N-3根谱线；对所述N-3根谱线的幅值进行平均计算得到平均值U，再将所述平均值U乘以当前回波信号所对应的门限系数Ki，得到阈值T＝Ki*U；将被测谱线的幅值和阈值T进行比较，若被测谱线的幅值大于阈值T，则保留所述被测谱线，若被测谱线的幅值小于阈值T，则将所述被测谱线的幅值置零；通过所述被测谱线检测到目标点后，计算所述目标点的角度信息。本发明实施例通过回波拆分，为每段回波数据设置对应的门限系数，这样每一段的阈值更加精确，从而可以更精确地检出真实目标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法的原理示意图；

图3a为本发明实施例提供的目标回波信号的波形图；

图3b为本发明实施例提供的热噪声的波形图；

图3c为本发明实施例提供的瑞利杂波的波形图；

图4为本发明实施例提供的叠加了瑞利杂波和热噪声的目标回波信号的波形图；

图5为采用现有技术的检测结果；

图6为采用本发明实施例的方法的检测结果；

图7为本发明实施例提供的基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，本发明实施例一种基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法，其包括：

S101、预先对雷达检测到的回波数据进行分段，并为每段回波数据设置一个对应的门限系数K1,K2,...,Ki,...,Kn；

S102、当接收到当前回波信号时，对当前回波信号中的各条谱线进行快速傅里叶变换，并取模求得当前回波信号中各条谱线的幅值；

S103、采用一个长度为N的滑窗，将当前回波信号中被测谱线左右两根谱线作为保护单元，分别取保护单元前(N-3)/2根和后(N-3)/2根谱线，共N-3根谱线；

S104、对所述N-3根谱线的幅值进行平均计算得到平均值U，再将所述平均值U乘以当前回波信号所对应的门限系数Ki，得到阈值T＝Ki*U；

S105、将被测谱线的幅值和阈值T进行比较，若被测谱线的幅值大于阈值T，则保留所述被测谱线，若被测谱线的幅值小于阈值T，则将所述被测谱线的幅值置零；

S106、通过所述被测谱线检测到目标点后，计算所述目标点的角度信息。

本发明实施例通过回波拆分，为每段回波数据设置对应的门限系数，这样每一段的阈值更加精确，提高目标检测的灵敏度，从而可以更精确地检出真实目标，然后利用这种高灵敏度进行雷达的角度估计。同时，线性调频连续波雷达具有高精度、高分辨力，在自动驾驶和无人机应用上更能得到目标的精确信息，为驾驶安全和飞行器安全提供保障。

首先，在所述步骤S101中，预先对雷达检测到的回波数据进行分段，例如将回波数据分为n段：E1,E2,...,Ei,...,En，这样可以为各段回波数据设置一个对应的门限系数K1,K2,...,Ki,...,Kn。其中的K1,K2,...,Ki,...,Kn可以部分相同。

各段回波数据的门限系数Ki是由所要求得的虚警概率和被处理干扰的统计特性确定的常数，其可以根据雷达实际状态来估计设置。

在一实施例中，所述门限系数按下式计算：

其中，N表示滑窗大小，P_fa是虚警概率。

其中，P_fa是虚警概率，表示的是在不存在目标信号而只有噪声存在情况下检测出目标的概率，此值是人为给定的预期概率，此值与检测概率Pd相关联，通常采用统计学中的奈曼-皮尔逊准则：在先给定的虚警概率下，尽量确保最大的检测概率。也就是说预先设置的虚警概率，要确保检测概率Pd尽可能的大，这种情况下得到的K值，即是门限系数。本发明实施例中，分段恒虚警就是在每段设置不同的虚警概率，进而得到不同的门限系数K。虚警概率是根据实际情况不断测试来设定。

在所述步骤S102中，如图2所示，当接收到当前回波信号时，对当前回波信号中的各条谱线进行快速傅里叶变换，即进行FFT处理，FFT的基本思想是把原始的N点序列，依次分解成一系列的短序列。

然后对FFT处理后的结果进行取模处理，从而得到各条谱线的幅值，通过对幅值的处理确定目标点。

在所述步骤S103中，采用一个长度为N的滑窗，对当前回波信号进行滑动处理。

具体地，可以将当前回波信号中被测谱线左右两根谱线作为保护单元，分别取保护单元前(N-3)/2根和后(N-3)/2根谱线，共N-3根谱线。

例如在一个实施例中，将所述N设置为19。那么将当前回波信号中被测谱线左右两个谱线作为保护单元，并且取其前8根和后8根谱线，共16根谱线。也就是取左边的保护单元前面的8根谱线和右边的保护单元后面的8根谱线。

对于处于边缘的被测谱线，前面或后面的谱线可能不足8根，那么可以由其前面或后面的16根谱线来共同决定。例如假设被测谱线为第5根谱线，那么可将第4条和第6条谱线作为保护单元，然后取出第1至第3根谱线和第7至第19根谱线，共16根谱线。或者被测谱线为倒数第5根谱线，那么可将倒数第4根和倒数第6根谱线作为保护单元，然后取出倒数第1至倒数第3根谱线和倒数第7至倒数第19根谱线，共16根谱线。

在所述步骤S104中，对取出的N-3根谱线的幅值进行平均计算得到平均值U，然后将所述平均值U乘以当前回波信号所对应的门限系数Ki，得到阈值T＝Ki*U。其中，此步骤中，需要确定当前回波信号处于整个回波数据的哪一段，从而确定其门限系数Ki。

在所述步骤S105中，需要将被测谱线的幅值和阈值T进行比较，以便做出判决。

比较的过程可以由比较单元实现。

如果被测谱线的幅值大于阈值T，则保留所述被测谱线，该被测谱线即为目标点。

如果被测谱线的幅值小于阈值T，则需要将所述被测谱线的幅值置零。

将图3a、图3b和图3c的波形图叠加之后得到图4的波形图，采用传统方法进行目标点检测，其只能得到图5的结果，从图5可以看出，无法准确检测出目标点，而采用本发明实施例提供的方法则可以准确检测出目标回波信号，如图6所示。

在所述步骤S106中，通过被测谱线确定目标点之后，即可计算目标点的角度信息。

在一实施例中，所述步骤S106包括：

获取目标点的频点位置，通过逆快速傅里叶变换将频域上的频点回溯到时域的时刻上，得到该目标点在该时刻下两根接收天线对应回波的相位差；

基于所述相位差计算所述目标点的角度信息。

在本实施例中，测量角度信息需要有两根接收天线：接收天线1和接收天线2。

对于接收天线1，回波信号最终变为I1和Q1两路信号，I1为信号实部，Q1为信号虚部，这样便可以知道某点信号的相位；同理，对于接收天线2，回波信号最终变为I2和Q2两路信号，I2为信号实部，Q2为信号虚部。

经过前述步骤的处理之后，可以确认目标点，从而确定目标点的频点位置。从频域上的频点通过逆快速傅里叶变换回溯到时域上，得到该目标点在对应时刻下两根接收天线对应回波的相位差，再计算出目标点的角度信息。

在一实施例中，如图7所示，所述基于所述相位差计算所述目标点的角度信息，包括：

按下述公式计算所述目标点的角度信息：

其中，所述θ为目标点的角度信息，d为两根接收天线的间距，所述ΔR为两根接收天线的波程差。

在一实施例中，

其中，所述λ为电磁波波长，所述

为相位差。

由电磁波波长和相位关系可知，

即

所以代入上述公式可得到：

本发明实施例中，时域指的是回波信号接收回来的时候是在时域上的，经过FFT(快速傅里叶变换)后，信号就是在频域上了。

比如，本发明实施例采用的回波时域形式为I1+iQ1，分别对I1进行256点快速傅里叶变换，那么频域上就会有256点的数据，横轴表示为0-255的数，这就是频点。在快速傅里叶变换中时域中的点数0-255与频域中0-255点是有对应关系的，当在频域上发现目标点时，也同时得到对应频域上的频点，通过这种对应关系可以找到时域上出现目标的是哪一点，在时域上的目标点可以得到目标相位信息(也就是Q1/I1)。

本发明实施例还提供一种基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测装置，其包括：

分段单元，用于预先对雷达检测到的回波数据进行分段，并为每段回波数据设置一个对应的门限系数K1,K2,...,Ki,...,Kn；

幅值计算单元，用于当接收到当前回波信号时，对当前回波信号中的各条谱线进行快速傅里叶变换，并取模求得当前回波信号中各条谱线的幅值；

滑窗检测单元，用于采用一个长度为N的滑窗，将当前回波信号中被测谱线左右两根谱线作为保护单元，分别取保护单元前(N-3)/2根和后(N-3)/2根谱线，共N-3根谱线；

阈值计算单元，用于对所述N-3根谱线的幅值进行平均计算得到平均值U，再将所述平均值U乘以当前回波信号所对应的门限系数Ki，得到阈值T＝Ki*U；

幅值比较单元，此单元也可称为比较器，用于将被测谱线的幅值和阈值T进行比较，若被测谱线的幅值大于阈值T，则保留所述被测谱线，若被测谱线的幅值小于阈值T，则将所述被测谱线的幅值置零；

角度计算单元，用于通过所述被测谱线检测到目标点后，计算所述目标点的角度信息。

进一步，所述角度计算单元包括：

相位差计算单元，用于获取目标点的频点位置，通过逆快速傅里叶变换将频域上的频点回溯到时域的时刻上，得到该目标点在该时刻下两根接收天线对应回波的相位差；

角度信息计算单元，用于基于所述相位差计算所述目标点的角度信息。

关于上述装置实施例的技术细节可参考前述方法实施例的描述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机设备，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，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如上所述的基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (4)

1.一种基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法，其特征在于，包括：

预先对雷达检测到的回波数据进行分段，并为每段回波数据设置一个对应的门限系数K1,K2,...,Ki,...,Kn；

当接收到当前回波信号时，对当前回波信号中的各条谱线进行快速傅里叶变换，并取模求得当前回波信号中各条谱线的幅值；

采用一个长度为N的滑窗，将当前回波信号中被测谱线左右两根谱线作为保护单元，分别取保护单元前(N-3)/2根和后(N-3)/2根谱线，共N-3根谱线；对于处于边缘的被测谱线，由其前面或后面的16根谱线来共同决定；

对所述N-3根谱线的幅值进行平均计算得到平均值U，再将所述平均值U乘以当前回波信号所对应的门限系数Ki，得到阈值T＝Ki*U；

将被测谱线的幅值和阈值T进行比较，若被测谱线的幅值大于阈值T，则保留所述被测谱线，若被测谱线的幅值小于阈值T，则将所述被测谱线的幅值置零；

通过所述被测谱线检测到目标点后，计算所述目标点的角度信息；

所述N为19；

所述通过所述被测谱线检测到目标点后，计算所述目标点的角度信息，包括：

获取目标点的频点位置，通过逆快速傅里叶变换将频域上的频点回溯到时域的时刻上，得到该目标点在该时刻下两根接收天线对应回波的相位差；所述两根接收天线为接收天线1和接收天线2，对于接收天线1，回波信号最终变为I1和Q1两路信号，I1为信号实部，Q1为信号虚部；对于接收天线2，回波信号最终变为I2和Q2两路信号，I2为信号实部，Q2为信号虚部；

基于所述相位差计算所述目标点的角度信息；

所述基于所述相位差计算所述目标点的角度信息，包括：

按下述公式计算所述目标点的角度信息：

其中，所述θ为目标点的角度信息，d为两根接收天线的间距，所述ΔR为两根接收天线的波程差；

所述门限系数按下式计算：

其中，N表示滑窗大小，P_fa是虚警概率；

其中，所述λ为电磁波波长，所述

为相位差。

2.一种基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测装置，其特征在于，包括：

分段单元，用于预先对雷达检测到的回波数据进行分段，并为每段回波数据设置一个对应的门限系数K1,K2,...,Ki,...,Kn；

幅值计算单元，用于当接收到当前回波信号时，对当前回波信号中的各条谱线进行快速傅里叶变换，并取模求得当前回波信号中各条谱线的幅值；

滑窗检测单元，用于采用一个长度为N的滑窗，将当前回波信号中被测谱线左右两根谱线作为保护单元，分别取保护单元前(N-3)/2根和后(N-3)/2根谱线，共N-3根谱线；对于处于边缘的被测谱线，由其前面或后面的16根谱线来共同决定；

阈值计算单元，用于对所述N-3根谱线的幅值进行平均计算得到平均值U，再将所述平均值U乘以当前回波信号所对应的门限系数Ki，得到阈值T＝Ki*U；

幅值比较单元，用于将被测谱线的幅值和阈值T进行比较，若被测谱线的幅值大于阈值T，则保留所述被测谱线，若被测谱线的幅值小于阈值T，则将所述被测谱线的幅值置零；

角度计算单元，用于通过所述被测谱线检测到目标点后，计算所述目标点的角度信息；

所述角度计算单元包括：

相位差计算单元，用于获取目标点的频点位置，通过逆快速傅里叶变换将频域上的频点回溯到时域的时刻上，得到该目标点在该时刻下两根接收天线对应回波的相位差；所述两根接收天线为接收天线1和接收天线2，对于接收天线1，回波信号最终变为I1和Q1两路信号，I1为信号实部，Q1为信号虚部；对于接收天线2，回波信号最终变为I2和Q2两路信号，I2为信号实部，Q2为信号虚部；

角度信息计算单元，用于基于所述相位差计算所述目标点的角度信息；

所述N为19；

所述基于所述相位差计算所述目标点的角度信息，包括：

按下述公式计算所述目标点的角度信息：

其中，所述θ为目标点的角度信息，d为两根接收天线的间距，所述ΔR为两根接收天线的波程差；

所述门限系数按下式计算：

其中，N表示滑窗大小，P_fa是虚警概率；

其中，所述λ为电磁波波长，所述

为相位差。

3.一种计算机设备，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计算机程序时实现如权利要求1所述的基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1所述的基于分段恒虚警的雷达信号目标角度检测方法。

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