CN111521988A - 基于波束形成的雷达测角方法、装置、雷达和车辆 - Google Patents

基于波束形成的雷达测角方法、装置、雷达和车辆 Download PDF

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CN111521988A CN201910104776.0A CN201910104776A CN111521988A CN 111521988 A CN111521988 A CN 111521988A CN 201910104776 A CN201910104776 A CN 201910104776A CN 111521988 A CN111521988 A CN 111521988A
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Abstract

本发明公开了一种基于波束形成的雷达测角方法、装置、雷达和车辆。其中方法包括：确定雷达的目标测角精度，并根据目标测角精度确定多个第一角度，其中，多个第一角度包括目标测角精度和至少一个第二角度，目标测角精度均小于至少一个第二角度；从大到小依次从多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到扫描间隔对应的目标角度，直至从多个第一角度中选出目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到目标测角精度对应的目标角度为止。该方法可以提高测角精度，有利于雷达准确定位目标所在的位置，同时缩短运算时间，有利于雷达的实时性。

Description

基于波束形成的雷达测角方法、装置、雷达和车辆
技术领域
本发明涉及阵列信号处理领域，尤其涉及一种基于波束形成的雷达测角方法、装置、雷达、具有该雷达的车辆、和一种计算机可读存储介质。
背景技术
相关技术中，雷达测角方法通常是利用子阵加权形成的波束在空域进行扫描，以固定的扫描间隔进行扫描，当波束扫描到目标角度时系统输出能量最大，因此计算全部角度的系统输出能量，其中最大值所在的角度就是目标角度，从此测量出了目标角度。
但是，目前存在的问题是：当雷达测角范围为(-90°，90°)时，假设测角精度为1°时，那么扫描间隔就是1°，此时需要扫描181次，即进行181次运算才可以得到目标角度；如果提高测角精度为0.1°时，那么扫描间隔就是0.1°，此时需要扫描1801次，即进行1801次运算才可以得到目标角度；由此可见，若提高雷达的测角精度以使雷达能够准确定位目标所在的位置，则会导致运算量大大增加，导致运算所耗时间更长，影响雷达实时性。
发明内容
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于波束形成的雷达测角方法。该方法可以提高测角精度，有利于雷达准确定位目标所在的位置，同时缩短运算时间，有利于雷达的实时性。
本发明的第二个目的在于提出一种基于波束形成的雷达测角装置。
本发明的第三个目的在于提出一种雷达。
本发明的第四个目的在于提出一种车辆。
本发明的第五个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的基于波束形成的雷达测角方法，包括：
确定所述雷达的目标测角精度，并根据所述目标测角精度确定多个第一角度，其中，所述多个第一角度包括所述目标测角精度和至少一个第二角度，所述目标测角精度均小于所述至少一个第二角度；
从大到小依次从所述多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定所述扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度，直至从所述多个第一角度中选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止。
根据本发明实施例的基于波束形成的雷达测角方法，可确定雷达的目标测角精度，并根据目标测角精度确定多个第一角度，其中，多个第一角度包括目标测角精度和至少一个第二角度，目标测角精度均小于至少一个第二角度，并从大到小依次从多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到扫描间隔对应的目标角度，直至从多个第一角度中选出目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到目标测角精度对应的目标角度为止。即通过从大到小依次从多个角度中选取一个作为扫描间隔，进行多次不同间隔的扫描，相较于传统的测角方法中采用一个固定扫描间隔进行扫描补偿而言，本发明可以使得总的扫描补偿次数大大减少，在能够达到雷达的目标测角精度的同时，可以大大减少扫描补偿次数，缩短运算时间，减小计算量，从而有利于雷达的实时性。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的基于波束形成的雷达测角装置，包括：
确定模块，用于确定所述雷达的目标测角精度，并根据所述目标测角精度确定多个第一角度，其中，所述多个第一角度包括所述目标测角精度和至少一个第二角度，所述目标测角精度均小于所述至少一个第二角度；
测角模块，用于从大到小依次从所述多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定所述扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度，直至从所述多个第一角度中选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止。
根据本发明实施例的基于波束形成的雷达测角装置，可确定雷达的目标测角精度，并根据目标测角精度确定多个第一角度，其中，多个第一角度包括目标测角精度和至少一个第二角度，目标测角精度均小于至少一个第二角度，并从大到小依次从多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到扫描间隔对应的目标角度，直至从多个第一角度中选出目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到目标测角精度对应的目标角度为止。即通过从大到小依次从多个角度中选取一个作为扫描间隔，进行多次不同间隔的扫描，相较于传统的测角方法中采用一个固定扫描间隔进行扫描补偿而言，本发明可以使得总的扫描补偿次数大大减少，在能够达到雷达的目标测角精度的同时，可以大大减少扫描补偿次数，缩短运算时间，减小计算量，从而有利于雷达的实时性。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出的雷达，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，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明第一方面实施例所述的基于波束形成的雷达测角方法。
为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出的车辆，包括本发明第三方面实施例所述的雷达。
为达到上述目的，本发明第五方面实施例提出的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面实施例所述的基于波束形成的雷达测角方法。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的基于波束形成的雷达测角方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的基于波束形成的雷达测角方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的均匀线阵中各阵元间的路程差的示意图；
图4是根据本发明实施例的计算目标角度的流程图；
图5是根据本发明实施例的目标角度为0°时的波束形成输出的示意图；
图6是本发明实施例的仿真参数及输出结果的示意图；
图7是利用传统雷达测角方法以扫描间隔为1°时仿真的波束形成输出的示意图；
图8是根据本发明实施例的以扫描间隔为10°、1°0.1°时仿真的波束形成输出的示意图；
图9是根据本发明一个实施例的基于波束形成的雷达测角装置的结构示意图；
图10是根据本发明一个实施例的雷达的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的基于波束形成的雷达测角方法、装置、雷达、车辆和计算机可读存储介质。
图1是根据本发明一个实施例的基于波束形成的雷达测角方法的流程图。需要说明的是，本发明实施例的基于波束形成的雷达测角方法可应用于本发明实施例的基于波束形成的雷达测角装置，该雷达测角装置可被配置于雷达上，其中，该雷达为均匀线阵雷达。
如图1所示，该基于波束形成的雷达测角方法可以包括：
S110，确定雷达的目标测角精度，并根据目标测角精度确定多个第一角度，其中，多个第一角度包括目标测角精度和至少一个第二角度，目标测角精度均小于至少一个第二角度。
需要说明的是，在本发明的实施例中，所述目标测角精度可以理解为对雷达的测角精度预先设定的精度值，即希望所述雷达能够达到的测角精度。
可选地，先确定该雷达所需的目标测角精度，之后，可根据该目标测角精度来选取多个角度作为扫描间隔。可以理解，该多个扫描间隔中包括所述目标测角精度对应的角度以及其他角度，其中，该多个扫描间隔(即多个第一角度)中的各个角度之间的大小关系可取决于测角精度和运算时间，也就是说，所述目标测角精度对应的角度和其他角度之间的大小关系，与测角精度、运算时间有关。
举例而言，假设雷达所需的目标测角精度为0.1°，则在测角时，考虑雷达的测角精度和运算时间，根据该目标测角精度确定多个第一角度，比如3个，这些第一角度中可包括该目标测角精度和至少一个第二角度，比如，0.1°、1°和10°，其中，目标测角精度均小于至少一个第二角度，即该至少一个第二角度是这些角度中的最小值。
S120，从大到小依次从多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到扫描间隔对应的目标角度，直至从多个第一角度中选出目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到目标测角精度对应的目标角度为止。
可选地，从大到小依次以从多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，进行多次不同间隔的扫描，并在每次扫描时，基于波束形成原理，通过本次扫描的扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到该扫描间隔对应的目标角度，直至最后以目标测角精度为扫描间隔，得到该目标测角精度对应的目标角度，该目标角度即为雷达测量的目标实际角度。由此，通过从大到小依次从多个角度中选取一个作为扫描间隔，进行多次不同间隔的扫描，相较于传统的测角方法中采用一个固定扫描间隔进行扫描补偿而言，本发明可以使得总的扫描补偿次数大大减少，在能够达到雷达的目标测角精度的同时，可以大大减少扫描补偿次数，缩短运算时间，减小计算量，从而有利于雷达的实时性。
作为一种可能实现方式的示例，如图2所示，上述步骤S120可以包括以下步骤：
S201，从所述多个第一角度中选取最大值作为扫描间隔，将所述雷达的测角范围确定为所述扫描间隔对应的扫描角度范围。
例如，假设根据目标测角精度确定的多个第一角度分别为0.1°、1°和10°，其中，0.1°为所述目标测角精度，可从该多个第一角度中选取出最大角度(如10°)作为扫描间隔，并将该雷达的测角范围确定为以所述最大值作为扫描间隔进行扫描补偿时对应的扫描角度范围，比如，假设雷达的测角范围为(-90°，90°)，可将该(-90°，90°)作为以“10°”为扫描间隔对应的扫描角度范围。
S202，基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度。
需要说明的是，波束形成是通过利用数字处理方法，对于某一方向入射信号，补偿由于传感器在空间位置不同而引起的传播程差导致的相位差，通过对雷达中各阵元接收的信号进行相位补偿(角度扫描)实现同相叠加，从而实现该方向的最大能量接收，进而达到控制合成波束指向的目的，完成该方向上波束形成。在本发明的实施例中，波束形成原理可如下：
假设均匀线阵的间距为d，且以最左边的阵元为参考点(比如最左边的阵元位于原点)，并假设信号入射方位角为θ，其中该均匀线阵中各阵元间的路程差的示意图可如图3所示。根据均匀线阵的间距和信号入射方位角，可得到各阵元间的路程差(即图3中的点A和点B之间的距离)为：AB＝(l-1)dsinθ；各阵元间的路程差导致的延迟时间τl表示为：
Figure BDA0001966456770000051
其中，c表示光速，c＝3*10^8m/s；l表示第l个阵元，l＝1,2,...,m；m表示均匀线阵中阵元的总个数；d表示均匀线阵的间距；θ表示信号入射方位角。
在忽略噪声的条件下，第l个阵元的复振幅xl为：
Figure BDA0001966456770000052
其中，g0表示来波的复振幅，τl表示第l个阵元与参考点之间的延迟，ω为来波的角度频率，j为虚数单位。假设第l个阵元的权值为ωl，那么所有阵元加权的输出累加，即为合成波束，输出为：
Figure BDA0001966456770000053
上述式(3)可进一步化简为：
Figure BDA0001966456770000061
式(4)中目标产生的相位差
Figure BDA0001966456770000062
λ为入射信号的波长，θ为目标角度。当式(4)中天线阵元的权值
Figure BDA0001966456770000063
其中补偿的相位差
Figure BDA0001966456770000064
时，θd是补偿角度，式(4)可进一步简化为：
Figure BDA0001966456770000065
对上述式(5)取绝对值并归一化后，于是可得到指向θd的波束形成输出：
Figure BDA0001966456770000066
可见，波束形成输出在β＝βd处，即在θ＝θd处取得最大值，此时波束指向θd，只要控制各阵元的权值ωl中的θd，即可控制波束指向。
因此，通过对阵元接收的信号进行相位补偿实现同相叠加，从而实现该方向的最大能量接收。因此通过扫描不同的角度值θd，进而得到阵元的权值ωl，当其中某个角度θd得到的波束形成输出有最大值，那么目标角度值θ＝θd。
在本发明的实施例中，在以所述多个第一角度中最大值作为扫描间隔进行扫描补偿时，可基于波束形成原理，通过以所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度。作为一种示例，如图4所示，所述基于波束形成原理，通过扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到扫描间隔对应的目标角度的具体实现过程可包括以下步骤：
S401，根据所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，确定针对所述扫描角度范围的每个采样点；
也就是说，可先根据所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，确定出该扫描角度范围中哪些角度需作为采样点以进行扫描补偿。例如，以所述扫描间隔为10°、其对应的扫描角度范围为(-90°，90°)为例，确定出针对该扫描角度范围的每个采样点分别为：-90°、-80°、-70°、-60°、-50°、-40°、-30°、-20°、-10°、0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°。
S402，确定所述每个采样点的各阵元接收到的雷达回波信号；
也就是说，在以某个采样点进行扫描补偿时，可确定该状态下的各阵元接收到的雷达回波信号。
S403，计算所述每个采样点的所述各阵元的权值；
例如，在以某个采样点进行扫描补偿时，可计算出该状态下的各阵元的权值。可选地，在本发明的一个实施例中，所述计算所述每个采样点的所述各阵元的权值的具体实现过程可如下：
1)确定所述雷达中均匀线阵的间距；
2)根据所述均匀线阵的间距、所述每个采样点对应的角度、和从所述每个采样点对应的角度入射的电磁波的波长，计算从所述每个采样点对应的角度入射的电磁波到达所述均匀线阵中参考阵元的距离与到达各阵元的距离的相位差；
例如，以某个采样点对应的角度θd为例，可根据所述均匀线阵的间距d、采样点对应的角度θd、和该采样点对应的角度θd入射的电磁波的波长λ，通过如下公式即可计算出该采样点对应的角度θd入射的电磁波到达所述均匀线阵中参考阵元的距离与到达各阵元的距离的相位差βd：
Figure BDA0001966456770000071
3)根据所述相位差，计算所述每个采样点的所述各阵元的权值。
例如，以某个采样点对应的角度θd为例，可根据所述相位差，通过如下公式即可计算出该采样点的各阵元的权值：
Figure BDA0001966456770000072
S404，根据所述每个采样点的各阵元接收到的雷达回波信号、所述各阵元的权值，计算所述每个采样点的波束扫描输出；
举例而言，将所述每个采样点的各阵元接收到的雷达回波信号、和所述各阵元的权值，分别代入上述公式(4)，即可计算得到所述每个采样点的波束扫描输出。例如，以每个采样点分别为：-90°、-80°、-70°、-60°、-50°、-40°、-30°、-20°、-10°、0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°为例，将这些采样点的各阵元接收到的雷达回波信号、和各阵元的权值，代入上述公式(4)，即可计算得这些采样点的波束扫描输出分别为：Y(-90),Y(-80),Y(-70),Y(-60),Y(-50),Y(-40),Y(-30),Y(-20),Y(-10),Y(0),Y(10),Y(20),Y(30),Y(40),Y(50),Y(60),Y(70),Y(80),Y(90)。
S405，从所述每个采样点的波束扫描输出中找出最大值，并将所述最大值对应的采样点的角度确定为所述扫描间隔对应的目标角度。
例如，在得到所述每个采样点的波束扫描输出时，可对输出的结果Y求模(即求取复数的模)，找出其中的最大值，那么该最大值所对应的采样点的角度即为当前扫描间隔对应的目标角度。
由此，通过上述步骤S401-S405即可得到某个扫描间隔对应的目标角度。
S203，将作为扫描间隔的角度从所述多个第一角度中去掉，并从所述多个第一角度中剩余角度中选取最大值作为所述新的扫描间隔。
例如，假设第一角度有三个，分别为0.1°、1°和10°，其中，步骤S201和S202中以利用10°作为扫描间隔进行了一次扫描补偿，在本步骤中，可将该作为扫描间隔的角度10°从该第一角度中去掉，并从剩余角度中选取出最大值作为新的扫描间隔，比如选出1°作为新的扫描间隔。
S204，根据上一次计算得到的目标角度和所述新的扫描间隔确定对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过所述新的扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述新的扫描间隔对应的目标角度；重复执行步骤S203至S204，直至从所述多个第一角度中选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止。
举例而言，假设第一角度有三个，分别为0.1°、1°和10°，其中，步骤S201和S202中以利用10°作为扫描间隔进行了一次扫描补偿，在本步骤中，选出1°作为新的扫描间隔，可根据上一次计算得到的目标角度(比如上一次以10°为扫描间隔进行的扫描补偿而得到的目标角度)，和该新的扫描间隔，来确定出对应的扫描角度范围，比如，假设上一次以10°为扫描间隔进行的扫描补偿而得到的目标角度为θ1，以1°为扫描间隔时，其扫描角度范围可为(θ1-5°，θ1+5°)，此时可基于波束形成原理，并通过该扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到该扫描间隔对应的目标角度，其实现过程可参见上述步骤S401-S405的实现过程的描述，在此不再赘述。然后，重复执行步骤S203至S204，例如，在以1°为扫描间隔进行一次扫描补偿之后，从该第一角度中剩余角度选出最大值(如0.1°)为新是扫描间隔，进行新一轮的扫描补偿，得到本次扫描补偿的目标角度，直至选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止，比如，以0.1°为目标测角精度为例，在选出以0.1°为扫描间隔进行扫描补偿时，得到该0.1°对应的目标角度为止。由此，可将以目标测角精度为扫描间隔进行扫描补偿时，将此时得到的目标角度作为该雷达测量的目标实际角度。
根据本发明实施例的基于波束形成的雷达测角方法，可确定雷达的目标测角精度，并根据目标测角精度确定多个第一角度，其中，多个第一角度包括目标测角精度和至少一个第二角度，目标测角精度均小于至少一个第二角度，并从大到小依次从多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到扫描间隔对应的目标角度，直至从多个第一角度中选出目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到目标测角精度对应的目标角度为止。即通过从大到小依次从多个角度中选取一个作为扫描间隔，进行多次不同间隔的扫描，相较于传统的测角方法中采用一个固定扫描间隔进行扫描补偿而言，本发明可以使得总的扫描补偿次数大大减少，在能够达到雷达的目标测角精度的同时，可以大大减少扫描补偿次数，缩短运算时间，减小计算量，从而有利于雷达的实时性。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明，下面将举例说明。
举例而言，假设雷达的均匀线阵天线阵元数目为16，当目标角度θ＝0°时，波束形成的输出如图5所示。本发明实施例基于波束形成原理，采取的方案是通过先以10°的扫描间隔得到目标角度θ1，此时目标测角精度是10°；然后以1°的扫描间隔得到目标角度θ2，此时目标测角精度是1°；最后则以0.1°的扫描间隔得到目标角度θ3，此时目标测角精度是0.1°。最终该目标角度θ3即为雷达测得的目标实际角度，同时该雷达的目标测角精度是0.1°。具体实现步骤说明可如下：
步骤一：对于均匀线阵，每个阵元均可以接收到目标反射的回波，m个阵元的接收依次为：x(m)＝[x(1),x(2),...,x(m-1),x(m)]；
步骤二：对于24GHz毫米波雷达的测角范围是(-90°，90°)，因此扫描角度θd的范围是(-90°，90°)，那么对于其中一个角度而言，根据天线阵元的权值
Figure BDA0001966456770000091
m个权值依次为ωl＝[ω1,ω2,...,ωm-1,ωm]；
步骤三：根据波束形成公式：
Figure BDA0001966456770000092
对于某一个扫描角度则有：
Y＝x(1)*ω1+x(2)*ω2+...+x(m-1)*ωm-1+x(m)*ωm
步骤四：以10°为扫描间隔时，那么其对应的扫描角度范围(-90°，90°)只需要进行扫描补偿19次，因此每个角度就会产生一个波束形成的输出Y，即：Y(19)＝[Y(-90),Y(-80),...,Y(0),...,Y(80),Y(90)]。对输出的结果Y求模，找出其中的最大值，那么最大值所对应的角度θ1，就是该扫描间隔(即10°)对应的目标角度；
步骤五：以1°为扫描间隔时，其对应的扫描角度范围是(θ1-5°，θ1+5°)，此时只需要补偿11次每个角度同样会产生一个波束形成的输出Y，即：Y(11)＝[Y(θ1-5°),Y(θ1-4°),...,Y(θ1),...,Y(θ1+4°),Y(θ1+5°)]。对输出的结果Y求模，找出其中的最大值，那么最大值所对应的角度θ2，就是该扫描间隔(即1°)对应的目标角度；
步骤六：以0.1°为扫描间隔时，其对应的扫描角度范围是(θ1-0.5°，θ1+0.5°)，此时只需要补偿11次每个角度同样会产生一个波束形成的输出Y，即：Y(11)＝[Y(θ2-0.5°),Y(θ2-0.4°),...,Y(θ2),...,Y(θ2+0.4°),Y(θ2+0.5°)]。对输出的结果Y求模，找出其中的最大值，那么最大值所对应的角度θ3就是该扫描间隔(即0.1°)对应的目标角度。
本发明实施例通过依次以10°、1°、0.1°为扫描间隔，进行三次不同间隔的扫描，总的扫描补偿次数是：19+11+11＝41次，就可以得到目标角度，且目标角度的精度达到0.1°。不仅可以大大缩短运算时间，有利于雷达的实时性，同时提高测角精度，有利于雷达准确定位目标所在的位置。
基于本发明设计，运用MATLAB进行仿真分析本发明相较于传统雷达测角方法(以固定一个角度为扫描间隔为例)的区别：
设置目标的角度为41.22°，均匀线阵的天线阵元数是4，针对传统雷达测角方法中，以一个固定角度1°为扫描间隔进行扫描补偿，得到的波束形成的输出如图7所示，本发明实施例的雷达测角方法，分别以10°、1°、0.1°为扫描间隔，进行三次不同间隔的扫描，得到的波束形成的输出如图8所示，设置的目标角度和两种仿真所运行的时间如图6所示。其中，从图6、图7和图8可知，设置的目标角度是41.22°，传统雷达测角方法以1°为扫描间隔进行扫描补偿时的波束形成输出得到的目标角度是41°，而本发明的波束形成输出得到的目标角度依次是：40°、41.°、41.2°，测角精度更高。
从图6可知，传统雷达测角方法以1°为扫描间隔进行扫描补偿时，运算的时间是1.0870ms，而本发明运算时间是0.2374ms，测角精度是1°的运算时间是本发明的运算时间的4.5789倍。
从仿真结果可知，和测角精度为1°相比，本发明测角精度可以达到0.1°，测角精度提高10倍，而运算时间反而大大缩短。不仅有利于雷达的实时性，同时有利于雷达准确定位目标所在的位置。
与上述几种实施例提供的基于波束形成的雷达测角方法相对应，本发明的一种实施例还提供一种基于波束形成的雷达测角装置，由于本发明实施例提供的基于波束形成的雷达测角装置与上述几种实施例提供的基于波束形成的雷达测角方法相对应，因此在前述基于波束形成的雷达测角方法的实施方式也适用于本实施例提供的基于波束形成的雷达测角装置，在本实施例中不再详细描述。图9是根据本发明一个实施例的基于波束形成的雷达测角装置的结构示意图。如图9所示，该基于波束形成的雷达测角装置900可以包括：确定模块910和测角模块920。
具体地，确定模块910用于确定雷达的目标测角精度，并根据目标测角精度确定多个第一角度，其中，多个第一角度包括目标测角精度和至少一个第二角度，目标测角精度均小于至少一个第二角度。
测角模块920用于从大到小依次从多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到扫描间隔对应的目标角度，直至从多个第一角度中选出目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到目标测角精度对应的目标角度为止。
作为一种可能实现方式的示例，测角模块920具体用于：S1，从所述多个第一角度中选取最大值作为扫描间隔，将所述雷达的测角范围确定为所述扫描间隔对应的扫描角度范围；S2，基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度；S3，将作为扫描间隔的角度从所述多个第一角度中去掉，并从所述多个第一角度中剩余角度中选取最大值作为所述新的扫描间隔；S4，根据上一次计算得到的目标角度和所述新的扫描间隔确定对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过所述新的扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述新的扫描间隔对应的目标角度；重复执行步骤S3至S4，直至从所述多个第一角度中选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止。
在本发明的一个实施例中，测角模块920基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度的具体实现过程可如下：根据所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，确定针对所述扫描角度范围的每个采样点；确定所述每个采样点的各阵元接收到的雷达回波信号；计算所述每个采样点的所述各阵元的权值；根据所述每个采样点的各阵元接收到的雷达回波信号、所述各阵元的权值，计算所述每个采样点的波束扫描输出；从所述每个采样点的波束扫描输出中找出最大值，并将所述最大值对应的采样点的角度确定为所述扫描间隔对应的目标角度。
在本发明的一个实施例中，测角模块920计算所述每个采样点的所述各阵元的权值的具体实现过程可如下：确定所述雷达中均匀线阵的间距；根据所述均匀线阵的间距、所述每个采样点对应的角度、和从所述每个采样点对应的角度入射的电磁波的波长，计算从所述每个采样点对应的角度入射的电磁波到达所述均匀线阵中参考阵元的距离与到达各阵元的距离的相位差；根据所述相位差，计算所述每个采样点的所述各阵元的权值。
根据本发明实施例的基于波束形成的雷达测角装置，可确定雷达的目标测角精度，并根据目标测角精度确定多个第一角度，其中，多个第一角度包括目标测角精度和至少一个第二角度，目标测角精度均小于至少一个第二角度，并从大到小依次从多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到扫描间隔对应的目标角度，直至从多个第一角度中选出目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到目标测角精度对应的目标角度为止。即通过从大到小依次从多个角度中选取一个作为扫描间隔，进行多次不同间隔的扫描，相较于传统的测角方法中采用一个固定扫描间隔进行扫描补偿而言，本发明可以使得总的扫描补偿次数大大减少，在能够达到雷达的目标测角精度的同时，可以大大减少扫描补偿次数，缩短运算时间，减小计算量，从而有利于雷达的实时性。
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种雷达。
图10是根据本发明一个实施例的雷达的结构示意图。如图10所示，该雷达1000可以包括：存储器1010、处理器1020及存储在存储器1010上并可在处理器1020上运行的计算机程序1030，处理器1020执行计算机程序1030时，实现本发明上述任一个实施例所述的基于波束形成的雷达测角方法。
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种车辆，该车辆可包括上述实施例所述的雷达。
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明上述任一个实施例所述的基于波束形成的雷达测角方法。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种基于波束形成的雷达测角方法，其特征在于，包括：
确定所述雷达的目标测角精度，并根据所述目标测角精度确定多个第一角度，其中，所述多个第一角度包括所述目标测角精度和至少一个第二角度，所述目标测角精度均小于所述至少一个第二角度；
从大到小依次从所述多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定所述扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度，直至从所述多个第一角度中选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从大到小依次从所述多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定所述扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度，直至从所述多个第一角度中选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止，包括：
S1，从所述多个第一角度中选取最大值作为扫描间隔，将所述雷达的测角范围确定为所述扫描间隔对应的扫描角度范围；
S2，基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度；
S3，将作为扫描间隔的角度从所述多个第一角度中去掉，并从所述多个第一角度中剩余角度中选取最大值作为所述新的扫描间隔；
S4，根据上一次计算得到的目标角度和所述新的扫描间隔确定对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过所述新的扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述新的扫描间隔对应的目标角度；重复执行步骤S3至S4，直至从所述多个第一角度中选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度，包括：
根据所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，确定针对所述扫描角度范围的每个采样点；
确定所述每个采样点的各阵元接收到的雷达回波信号；
计算所述每个采样点的所述各阵元的权值；
根据所述每个采样点的各阵元接收到的雷达回波信号、所述各阵元的权值，计算所述每个采样点的波束扫描输出；
从所述每个采样点的波束扫描输出中找出最大值，并将所述最大值对应的采样点的角度确定为所述扫描间隔对应的目标角度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述每个采样点的所述各阵元的权值，包括：
确定所述雷达中均匀线阵的间距；
根据所述均匀线阵的间距、所述每个采样点对应的角度、和从所述每个采样点对应的角度入射的电磁波的波长，计算从所述每个采样点对应的角度入射的电磁波到达所述均匀线阵中参考阵元的距离与到达各阵元的距离的相位差；
根据所述相位差，计算所述每个采样点的所述各阵元的权值。
5.一种基于波束形成的雷达测角装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于确定所述雷达的目标测角精度，并根据所述目标测角精度确定多个第一角度，其中，所述多个第一角度包括所述目标测角精度和至少一个第二角度，所述目标测角精度均小于所述至少一个第二角度；
测角模块，用于从大到小依次从所述多个第一角度中选取一个角度作为扫描间隔，确定所述扫描间隔对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度，直至从所述多个第一角度中选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述测角模块具体用于：
S1，从所述多个第一角度中选取最大值作为扫描间隔，将所述雷达的测角范围确定为所述扫描间隔对应的扫描角度范围；
S2，基于波束形成原理，通过所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述扫描间隔对应的目标角度；
S3，将作为扫描间隔的角度从所述多个第一角度中去掉，并从所述多个第一角度中剩余角度中选取最大值作为所述新的扫描间隔；
S4，根据上一次计算得到的目标角度和所述新的扫描间隔确定对应的扫描角度范围，并基于波束形成原理，通过所述新的扫描间隔和其对应的扫描角度范围，计算得到所述新的扫描间隔对应的目标角度；重复执行步骤S3至S4，直至从所述多个第一角度中选出所述目标测角精度作为新的扫描间隔，并得到所述目标测角精度对应的目标角度为止。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述测角模块具体用于：
根据所述扫描间隔和其对应的扫描角度范围，确定针对所述扫描角度范围的每个采样点；
确定所述每个采样点的各阵元接收到的雷达回波信号；
计算所述每个采样点的所述各阵元的权值；
根据所述每个采样点的各阵元接收到的雷达回波信号、所述各阵元的权值，计算所述每个采样点的波束扫描输出；
从所述每个采样点的波束扫描输出中找出最大值，并将所述最大值对应的采样点的角度确定为所述扫描间隔对应的目标角度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述测角模块具体用于：
确定所述雷达中均匀线阵的间距；
根据所述均匀线阵的间距、所述每个采样点对应的角度、和从所述每个采样点对应的角度入射的电磁波的波长，计算从所述每个采样点对应的角度入射的电磁波到达所述均匀线阵中参考阵元的距离与到达各阵元的距离的相位差；
根据所述相位差，计算所述每个采样点的所述各阵元的权值。
9.一种雷达，其特征在于，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，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至4中任一项所述的基于波束形成的雷达测角方法。
10.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求9所述的雷达。
11.一种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4中任一项所述的基于波束形成的雷达测角方法。
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