CN111638511A - 基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法及装置，确定探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息；探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致；针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；基于所确定的天线阵元的加权系数向探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使信号融合处理中心整合各个协同探测雷达发送的信号并进行协同处理。能够降低空间配准的复杂度并实现基于信号级别数据融合的多雷达协同探测。

Description

基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法及装置
技术领域
本发明涉及感知基站技术领域，特别是涉及一种基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法及装置。
背景技术
现有的多雷达组网系统的数据融合大致分为三个层次：航迹融合、判决融合、信号融合。前两者属于信息级别的融合，各雷达在数据融合之前需要先对回波信号进行一定处理，然后将处理信息传递给融合中心。这将导致部分信息的损失。相比于信息级别的融合，信号融合可以传递更加原始的回波信息，在融合中心进行统一处理可以大大提升雷达探测性能。
但是，各个雷达的采样周期、波束形状等都不尽相同，如果直接对各个雷达的探测数据进行融合，由于各雷达间的干扰问题，探测性能反而会下降。因此，在数据融合之前需要进行空间配准操作。
现有的空间配准算法大多是基于航迹融合或者判决融合的多雷达组网系统，用来消除各雷达探测的系统误差及随机误差。这些空间配准过程操作较为复杂。
可见，亟需一种操作简单且适用于信号级别数据融合的空间配准方法及协同探测方法。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法及装置，以降低空间配准的复杂度并实现基于信号级别数据融合的多雷达协同探测。具体技术方案如下：
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法，所述方法包括：
确定协同探测的探测目标，并确定所述探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，所述相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；
根据所述探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，所述地面探测区域为以所述探测目标为中心的预设半径的圆形区域；
针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；
基于所确定的天线阵元的加权系数向所述探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使所述信号融合处理中心整合各个协同探测雷达发送的信号并进行协同处理。
可选的，所述根据所述探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度的步骤，包括：
针对每个协同探测雷达，按照如下公式调整该协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度：
Figure BDA0002542154660000021
其中，i表示协同探测雷达的标号，θi表示所述探测目标相对于第i个协同探测雷达的波束俯仰角，Δθi表示第i个协同探测雷达的波束的俯仰角宽度，
Figure BDA0002542154660000022
表示第i个协同探测雷达的波束的方位角宽度；
根据所述探测目标与各个协同探测雷达的距离的大小排序关系，确定一标准探测雷达，并确定如下波束规范标准：
Figure BDA0002542154660000023
其中，Ri表示所述探测目标与第i个协同探测雷达的距离，Rp表示所述探测目标与所述标准探测雷达的距离，
Figure BDA0002542154660000024
表示所述标准探测雷达的波束的方位角宽度；
根据所述波束规范标准，再次调整各个协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度。
可选的，所述根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数的步骤，包括：
确定波束期望方向和波束期望宽度，所述波束期望方向包括波束的期望方向的方位角和俯仰角，所述波束期望宽度包括波束的期望方位角宽度和期望俯仰角宽度；
根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度，基于如下公式确定波束的角度范围空间：
Figure BDA0002542154660000031
其中，Aera表示所述角度范围空间，
Figure BDA0002542154660000032
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000033
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000034
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度；
对所述波束的角度范围空间进行均匀划分，得到n个等分的角度区域并确定每个角度区域的中心位置对应的波束方位角和俯仰角，组成波束角度集合Cangle；其中，
Figure BDA0002542154660000039
Figure BDA0002542154660000035
表示第n个角度区域的中心位置对应的波束方位角，θn表示第n个角度区域的中心位置对应的波束俯仰角；
分别基于所述波束角度集合Cangle中的每一组波束角度，采用第一波束赋形算法，计算对应的天线阵元的第一加权系数向量，并将n个加权系数向量组成第一加权系数矩阵W，其中
Figure BDA0002542154660000036
Figure BDA0002542154660000037
表示第n组波束角度对应的第一加权系数向量；
基于预先构建的最小化期望响应误差方程，采用最小二乘法对所述第一加权系数向量进行优化，得到第二加权系数向量，所述最小化期望响应误差方程为：
Figure BDA0002542154660000038
Figure BDA0002542154660000041
Figure BDA0002542154660000042
其中，
Figure BDA0002542154660000043
表示预先构建的优化系数向量，r表示期望响应，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，β表示正则化系数，
Figure BDA0002542154660000044
表示经过
Figure BDA0002542154660000045
优化后的第二加权系数向量，D表示导向矩阵。
可选的，基于如下公式根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度计算目标期望响应：
Figure BDA0002542154660000046
其中，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，
Figure BDA0002542154660000047
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000048
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000049
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测装置，所述装置包括：
第一确定模块，用于确定协同探测的探测目标，并确定所述探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，所述相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；
调整模块，用于根据所述探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，所述地面探测区域为以所述探测目标为中心的预设半径的圆形区域；
第二确定模块，用于针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；
处理模块，用于基于所确定的天线阵元的加权系数向所述探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使所述信号融合处理中心整合各个协同探测雷达发送的信号并进行协同处理。
可选的，所述调整模块，具体用于：
针对每个协同探测雷达，按照如下公式调整该协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度：
Figure BDA0002542154660000051
其中，i表示协同探测雷达的标号，θi表示所述探测目标相对于第i个协同探测雷达的波束俯仰角，Δθi表示第i个协同探测雷达的波束的俯仰角宽度，
Figure BDA0002542154660000052
表示第i个协同探测雷达的波束的方位角宽度；
根据所述探测目标与各个协同探测雷达的距离的大小排序关系，确定一标准探测雷达，并确定如下波束规范标准：
其中，Ri表示所述探测目标与第i个协同探测雷达的距离，Rp表示所述探测目标与所述标准探测雷达的距离，
Figure BDA0002542154660000054
表示所述标准探测雷达的波束的方位角宽度；
根据所述波束规范标准，再次调整各个协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度。
可选的，所述第二确定模块，具体用于：
确定波束期望方向和波束期望宽度，所述波束期望方向包括波束的期望方向的方位角和俯仰角，所述波束期望宽度包括波束的期望方位角宽度和期望俯仰角宽度；
根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度，基于如下公式确定波束的角度范围空间：
Figure BDA0002542154660000055
其中，Aera表示所述角度范围空间，
Figure BDA0002542154660000056
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000057
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000061
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度；
对所述波束的角度范围空间进行均匀划分，得到n个等分的角度区域并确定每个角度区域的中心位置对应的波束方位角和俯仰角，组成波束角度集合Cangle；其中，
Figure BDA0002542154660000062
Figure BDA0002542154660000063
表示第n个角度区域的中心位置对应的波束方位角，θn表示第n个角度区域的中心位置对应的波束俯仰角；
分别基于所述波束角度集合Cangle中的每一组波束角度，采用第一波束赋形算法，计算对应的天线阵元的第一加权系数向量，并将n个加权系数向量组成第一加权系数矩阵W，其中
Figure BDA0002542154660000064
Figure BDA0002542154660000065
表示第n组波束角度对应的第一加权系数向量；
基于预先构建的最小化期望响应误差方程，采用最小二乘法对所述第一加权系数向量进行优化，得到第二加权系数向量，所述最小化期望响应误差方程为：
Figure BDA0002542154660000066
Figure BDA0002542154660000067
Figure BDA0002542154660000068
其中，
Figure BDA0002542154660000069
表示预先构建的优化系数向量，r表示期望响应，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，β表示正则化系数，
Figure BDA00025421546600000610
表示经过
Figure BDA00025421546600000611
优化后的第二加权系数向量，D表示导向矩阵。
可选的，所述目标期望响应为：
Figure BDA00025421546600000612
其中，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，
Figure BDA0002542154660000071
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000072
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000073
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线；其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一方法步骤。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法步骤。
本发明实施例有益效果：
应用本发明实施例提供的基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法及装置，确定协同探测的探测目标，并确定探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；根据探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，地面探测区域为以探测目标为中心的预设半径的圆形区域；针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；基于所确定的天线阵元的加权系数向探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使信号融合处理中心整合各个协同探测基站发送的信号并进行协同处理。可见，通过调整各个协同探测雷达发射的波束的宽度，使得各个协同探测雷达发射的波束在地面的探测区域一致，实现空间配准。进一步的，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定协同探测雷达的天线阵元的加权系数，以使协同探测雷达发射的波束能够同时满足波束方向和波束宽度的要求。且通过地下光纤进行低时延、高速率的信息共享，实现多协同探测雷达在信号级别的数据融合处理。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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实施例。
图1为本发明实施例提供的基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法的一种流程示意图；
图2(a)为本发明实施例提供的波束方向角、波束俯仰角以及波束的方位角宽度的一种示意图；
图2(b)为本发明实施例提供的波束方向角、波束俯仰角以及波束的俯仰角宽度的一种示意图；
图3(a)为本发明实施例提供的空间配准前探测区域的一种示意图；
图3(b)为本发明实施例提供的空间配准后探测区域的一种示意图；
图4为本发明实施例提供的多雷达协同探测的一种示意图；
图5为本发明实施例提供的多雷达协同探测的ROC曲线的一种仿真示意图；
图6为本发明实施例提供的基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测装置的一种结构示意图；
图7为本发明实施例提供的电子设备的一种结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅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。
为了降低空间配准的复杂度并实现基于信号级别数据融合的多雷达协同探测，本发明实施例提供了一种基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
参见图1，图1为本发明实施例提供的基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法的一种流程示意图，方法包括如下步骤：
S101：确定协同探测的探测目标，并确定探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角。
为了便于理解，先对本发明的应用场景进行简要介绍。本发明实施例中，协同探测系统可以由多个感知基站构成，单个感知基站不仅具备传统基站的通信功能，架设于基站顶端的探测雷达还能够对地面目标进行快速精准的探测，因此可以适用于无人驾驶等场景。
本发明实施例中，探测目标可以是车辆等运动物体。协同探测的探测目标可以通过被动模式和主动模式两种模式来确定。被动模式中，感知基站上架构的探测雷达对目标用户进行实时监测，当目标用户周边障碍物密度较大存在安全隐患，或者目标用户处于雷达的探测边缘区域时，可以将该目标用户确认为需要协同探测的探测目标，进而协同相邻的探测雷达进行协同探测处理。主动模式中，目标用户可以根据自身需求，主动向所处区域的感知基站发送协同探测请求。
当确定协同探测的探测目标后，可以确定参与协同探测的各个协同探测雷达。例如以探测目标为圆心，预设半径的圆形区域中的探测雷达为参与协同探测的协同探测雷达。进而，各个协同探测雷达可以确定探测目标与自身的相对位置信息，相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角。
本发明实施例中，用波束方向角和波束俯仰角来表示探测目标与协同探测雷达的相对位置关系。为了便于理解，可以参见图2(a)和图2(b)，虽然感知基站场景下的雷达探测波束为三维波束，但是探测目标是分布于地面的，因为为了模型简化，可以将三维的探测波束映射到二维平面上。如图2所示，xoy平面表示地面，处于(0，0，h)处的探测雷达发射波束，在地面会形成一个椭圆形的探测单元，波束的方位角定义为：以x轴为0度角，逆时针增大；俯仰角定义为：以正南负z轴为0度角，逆时针增大。则当前波束的方位角和俯仰角分别为
Figure BDA0002542154660000091
θ。此外，可以用
Figure BDA0002542154660000092
和Δθ表示波束宽度，其中
Figure BDA0002542154660000093
表示波束的方位角宽度，Δθ表示波束的俯仰角宽度。
S102：根据探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，地面探测区域为以探测目标为中心的预设半径的圆形区域。
本发明实施例中，由于协同探测雷达处于探测目标的不同方位，且协同探测雷达发射的波束在地面形成的形状为椭圆形，因此在协同探测之前，需要先对波束进行调节，以使得各个协同探测雷达发射的波束在地面形成的形状、大小相同。
承接图2所示实施例，设波束在地面形成的椭圆形的长轴为a，短轴为b，则经过简单的几何计算可得：
Figure BDA0002542154660000101
Figure BDA0002542154660000102
其中，R表示探测目标与协同探测雷达的距离。
若要使椭圆形变成圆形，则需满足：
Figure BDA0002542154660000103
即：
Figure BDA0002542154660000104
基于上述分析，在本发明的一种实施例中，步骤S102具体可以包括以下细化步骤：
步骤11：针对每个协同探测雷达，按照如下公式调整该协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度：
Figure BDA0002542154660000105
其中，i表示协同探测雷达的标号，θi表示探测目标相对于第i个协同探测雷达的波束俯仰角，Δθi表示第i个协同探测雷达的波束的俯仰角宽度，
Figure BDA0002542154660000106
表示第i个协同探测雷达的波束的方位角宽度。
各个协同探测雷达按照上式调整波束的方位角宽度和俯仰角宽度后，协同探测雷达发射的波束在地面形成的探测单元均为圆形区域，但大小不一致。
步骤12：根据探测目标与各个协同探测雷达的距离的大小排序关系，确定一标准探测雷达，并确定如下波束规范标准：
Figure BDA0002542154660000111
其中，Ri表示探测目标与第i个协同探测雷达的距离，Rp表示探测目标与标准探测雷达的距离，
Figure BDA0002542154660000112
表示标准探测雷达的波束的方位角宽度。
本发明实施例中，为了使各个协同探测雷达发射的波束在地面形成的圆形探测单元的大小一致，可以选取一个标准探测雷达。作为一个示例，以探测距离R的大小为标准，选择距离R的中位数对应的探测雷达作为标准探测雷达，记为标准探测雷达与探测目标的距离为Rp，标准探测雷达的波束的方位角宽度为
Figure BDA0002542154660000113
步骤13：根据波束规范标准，再次调整各个协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度。
本发明实施例中，可以根据
Figure BDA0002542154660000114
调整其他协同探测雷达的波束的方位角宽度，此外，调整
Figure BDA0002542154660000115
后，第i个协同探测雷达还需要根据
Figure BDA0002542154660000116
调整Δθi。进而各个协同探测雷达可以确定最终的波束的方位角宽度和俯仰角宽度，完成空间配准。空间配准之后，各个协同探测雷达的波束在地面的探测区域大小一致，可以进行下一步的协同探测。
参见图3(a)和图3(b)，图3(a)为本发明实施例提供的空间配准前探测区域的一种示意图，图3(b)为本发明实施例提供的空间配准后探测区域的一种示意图。可见，各个协同探测雷达可以通过调整波束宽度达到空间配准，进而实现各个协同探测雷达的波束在地面的探测区域大小一致。
S103：针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数。
本领域技术人员容易理解，波束赋形算法是实质是计算探测雷达的天线阵元的加权系数，以使得天线发射的信号朝向特定方向。
传统的波束赋形只能形成特定方向的波束，但并不能同时控制波束的宽度，因此无法适用于本发明实施例。
本发明实施例中，在S102中确定了各个协同探测雷达的波束宽度，只有通过波束赋形生成特定方向且特定宽度的波束，才能实现多雷达协同探测。
因此，在空间配准的基础上，本发明实施例还提供了一种波束宽度可控的波束赋形束算法。
具体的，步骤S103可以包括以下细化步骤：
步骤21：确定波束期望方向和波束期望宽度，波束期望方向包括波束的期望方向的方位角和俯仰角，波束期望宽度包括波束的期望方位角宽度和期望俯仰角宽度。
在本步骤中，各个协同探测雷达可以确定波束的期望方向和波束期望宽度，其中，波束期望方向用方位角和俯仰角表示，波束期望宽度用波束的期望方位角宽度和期望俯仰角宽度表示。
容易理解的，各个协同探测雷达均通过波束赋形生成期望方向和期望宽度的波束，才能实现空间配置，进而进行协同探测。
步骤22：根据波束期望方向和波束期望宽度，基于如下公式确定波束的角度范围空间：
Figure BDA0002542154660000121
其中，Aera表示角度范围空间，
Figure BDA0002542154660000122
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000123
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000131
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度；
步骤23：对波束的角度范围空间进行均匀划分，得到n个等分的角度区域并确定每个角度区域的中心位置对应的波束方位角和俯仰角，组成波束角度集合Cangle；其中，
Figure BDA0002542154660000132
Figure BDA0002542154660000133
表示第n个角度区域的中心位置对应的波束方位角，θn表示第n个角度区域的中心位置对应的波束俯仰角；
本步骤中，对角度范围空间进行均匀划分，进而确定n个方位角和俯仰角的组合。
步骤24：分别基于波束角度集合Cangle中的每一组波束角度，采用第一波束赋形算法，计算对应的天线阵元的第一加权系数向量，并将n个加权系数向量组成第一加权系数矩阵W，其中
Figure BDA0002542154660000134
Figure BDA0002542154660000135
表示第n组波束角度对应的第一加权系数向量。
其中，第一波束赋形算法可以是现有的波束赋形算法，例如，可以采用线性约束最小方差(linearly constrained minimum variance，LCMV)、最小二乘法(Least squaremethod，LSM)等算法。采用现有的波束赋形算法可以计算每一组波束角度对应的天线阵元的第一加权系数向量，但无法控制波束的宽度。
本发明实施例中，可以将n个加权系数向量组成第一加权系数矩阵W，其中
Figure BDA0002542154660000136
步骤25：基于预先构建的最小化期望响应误差方程，采用最小二乘法对第一加权系数向量进行优化，得到第二加权系数向量，最小化期望响应误差方程为：
Figure BDA0002542154660000137
Figure BDA0002542154660000141
Figure BDA0002542154660000142
其中，
Figure BDA0002542154660000143
表示预先构建的优化系数向量，r表示期望响应，rad表示根据波束期望方向和波束期望宽度预先计算的目标期望响应，β表示正则化系数，
Figure BDA0002542154660000144
表示经过
Figure BDA0002542154660000145
优化后的第二加权系数向量，D表示导向矩阵。
本发明实施例中，为了实现波束宽度可控的波束赋形，在采用现有的波束赋形算法计算得到的第一加权系数基础上，引入一个预先构建的优化系数向量
Figure BDA0002542154660000146
用该优化系数向量
Figure BDA0002542154660000147
与第一加权系数矩阵的乘积作为优化后的第二加权系数向量。
所构建的优化方程为：
Figure BDA0002542154660000148
其中，rad表示根据波束期望方向和波束期望宽度预先计算的目标期望响应，因此优化的目标是求解
Figure BDA0002542154660000149
使得最终根据第二加权系数向量
Figure BDA00025421546600001410
得到的响应能够接近目标期望响应。此外，优化方程中β表示正则化系数，设置优化方程中第二项是为了避免生成的
Figure BDA00025421546600001411
过大，导致波束旁瓣幅值过大。
在本发明的一种实施例中，可以基于如下公式根据波束期望方向和波束期望宽度计算目标期望响应：
Figure BDA00025421546600001412
其中，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，
Figure BDA00025421546600001413
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure BDA00025421546600001414
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure BDA00025421546600001415
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度。
其中，
Figure BDA00025421546600001416
用于限制3dB波束带宽。
上述优化问题为凸优化问题，可以采用相关的凸优化算法进行求解，进而可以得到收敛后的
Figure BDA00025421546600001417
即为经过优化后的第二加权系数向量。各个协同探测雷达采用运算得到的第二加权系数向量进行波束赋形，即可生成特定方向和特定宽度的波束，从而能够实现多探测雷达的空间配准。
S104：基于所确定的天线阵元的加权系数向探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使信号融合处理中心整合各个协同探测基站发送的信号并进行协同处理。
本发明实施例中，步骤S103计算的天线阵元的加权系数能够保证生成特定方向和特定宽度的波束，因此各个协同探测雷达即可根据所确定的天线阵元的加权系数向探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心。
本发明实施例中，各个协同探测雷达可以设置于感知基站的顶部，为实现信号级别的数据融合，各个感知基站可以通过地下光纤进行连接，以快速高效的传递各个协同探测雷达探测到的信号。在协同探测时，确定一个信号融合处理中心，该信号融合处理中心可以是感知基站中当前计算资源最佳的一个，信号融合处理中心的选取可以是动态变化的，对此不做限定。
则信号融合处理中心可以整合各个协同探测基站发送的信号并进行协同处理。
可见，应用本发明实施例提供的基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法，确定协同探测的探测目标，并确定探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；根据探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，地面探测区域为以探测目标为中心的预设半径的圆形区域；针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；基于所确定的天线阵元的加权系数向探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使信号融合处理中心整合各个协同探测基站发送的信号并进行协同处理。可见，通过调整各个协同探测雷达发射的波束的宽度，使得各个协同探测雷达发射的波束在地面的探测区域一致，实现空间配准。进一步的，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定协同探测雷达的天线阵元的加权系数，以使协同探测雷达发射的波束能够同时满足波束方向和波束宽度的要求。且通过地下光纤进行低时延、高速率的信息共享，实现多协同探测雷达在信号级别的数据融合处理。
进一步的，采用本发明实施例提供的基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法，由于实现多协同探测雷达在信号级别的数据融合处理，能够显著提升雷达探测的性能，具体表现在扩大探测范围，降低目标虚警概率，下面分别进行分析。
基于多雷达协同探测，各个感知基站之间通过光纤通信共享雷达探测信息，可以帮助目标用户获知其他基站所探测的目标位置信息，从而扩大了雷达探测范围。考虑实际环境中，交通道路多以十字交叉路段为主，本发明也假设感知基站以均匀面阵的方式分布。如图4所示，其中每个感知基站的探测范围均为R0，相邻感知基站间距为d。其中R0<d<2R0。
根据R0和d的关系，可以大致分成三类：
Figure BDA0002542154660000161
进一步，假设实际系统中存在m行n列感知基站，并且m≥2，n≥2，则多雷达协同系统的雷达探测范围可推导出：
Figure BDA0002542154660000162
相比于单个探测雷达，多雷达协同探测能够显著增加雷达探测范围。
下面分析多雷达协同探测对探测能力的提升。
具体的，雷达探测精度主要由两个参数衡量：虚警概率和检测概率。
对于单个雷达探测，雷达的接收信号可以表示为：
Figure BDA0002542154660000171
本领域技术人员可以理解，H0表示未探测到目标，H1表示探测到目标，w表示噪声，服从复合高斯分布：
Figure BDA0002542154660000172
S表示接收信号幅度。为了简便分析，本发明假设各个雷达接收回波信号幅度为定值S。
则雷达接收信号幅度的概率密度函数可表示为：
Figure BDA0002542154660000173
其中，p表示概率，σw表示噪声功率，Z表示接收信号。则基于N-P准则，选取判决阈值η0，即可得到最终判决结果如下：
Figure BDA0002542154660000174
Figure BDA0002542154660000175
其中，pd表示检测概率，pf表示虚警概率，Q表示互补累计分布函数，进而可以得到检测概率pd和虚警概率pf的关系曲线，即接受者操作特性曲线(receiver operatingcharacteristic curve，ROC)如下：
Figure BDA0002542154660000176
本发明采用了信号级别的多雷达信号融合，则雷达接收信号可以表示为：
Figure BDA0002542154660000177
其中k表示协同雷达探测的数目，多雷达协同探测后，雷达回波信号增强了k倍。则可以得到多雷达协同系统接收回波信号的幅度概率密度函数为：
Figure BDA0002542154660000181
进一步可获得检测概率pd和虚警概率pf关系，即ROC曲线：
Figure BDA0002542154660000182
参见图5，图5为本发明实施例提供的多雷达协同探测的ROC曲线的一种仿真示意图，横坐标为虚警概率，纵坐标为检测概率。其中，k表示协同雷达探测的数目。通过ROC曲线可以得出，当限定虚警概率pf时，即横坐标一定，k值越大，即协同雷达数量越多，则检测概率pd越大，探测性能越好。
可见，采用本发明实施例提供的基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法，能够实现信号级别数据融合的多雷达协同探测，进而显著提升探测性能。
基于相同的发明构思，根据上述基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法实施例，本发明实施例还提供了一种基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测装置，参见图6，可以包括以下模块：
第一确定模块601，用于确定协同探测的探测目标，并确定探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；
调整模块602，用于根据探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，地面探测区域为以探测目标为中心的预设半径的圆形区域；
第二确定模块603，用于针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；
处理模块604，用于基于所确定的天线阵元的加权系数向探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使信号融合处理中心整合各个协同探测雷达发送的信号并进行协同处理。
在本发明的一种实施例中，调整模块602，具体可以用于：
针对每个协同探测雷达，按照如下公式调整该协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度：
Figure BDA0002542154660000191
其中，i表示协同探测雷达的标号，θi表示探测目标相对于第i个协同探测雷达的波束俯仰角，Δθi表示第i个协同探测雷达的波束的俯仰角宽度，
Figure BDA0002542154660000192
表示第i个协同探测雷达的波束的方位角宽度；
根据探测目标与各个协同探测雷达的距离的大小排序关系，确定一标准探测雷达，并根据该标准探测雷达的波束宽度信息确定如下波束规范标准：
Figure BDA0002542154660000193
其中，Ri表示探测目标与第i个协同探测雷达的距离，Rp表示探测目标与标准探测雷达的距离，
Figure BDA0002542154660000194
表示标准探测雷达的波束的方位角宽度；
根据波束规范标准，再次调整各个协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度。
在本发明的一种实施例中，第二确定模块603，具体可以用于：
确定波束期望方向和波束期望宽度，波束期望方向包括波束的期望方向的方位角和俯仰角，波束期望宽度包括波束的期望方位角宽度和期望俯仰角宽度；
根据波束期望方向和波束期望宽度，基于如下公式确定波束的角度范围空间：
Figure BDA0002542154660000195
其中，Aera表示角度范围空间，
Figure BDA0002542154660000196
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000197
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000201
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度；
对波束的角度范围空间进行均匀划分，得到n个等分的角度区域并确定每个角度区域的中心位置对应的波束方位角和俯仰角，组成波束角度集合Cangle；其中，
Figure BDA0002542154660000202
Figure BDA0002542154660000203
表示第n个角度区域的中心位置对应的波束方位角，θn表示第n个角度区域的中心位置对应的波束俯仰角；
分别基于波束角度集合Cangle中的每一组波束角度，采用第一波束赋形算法，计算对应的天线阵元的第一加权系数向量，并将n个加权系数向量组成第一加权系数矩阵W，其中
Figure BDA0002542154660000204
Figure BDA0002542154660000205
表示第n组波束角度对应的第一加权系数向量；
基于预先构建的最小化期望响应误差方程，采用最小二乘法对第一加权系数向量进行优化，得到第二加权系数向量，最小化期望响应误差方程为：
Figure BDA0002542154660000206
Figure BDA0002542154660000207
Figure BDA0002542154660000208
其中，
Figure BDA0002542154660000209
表示预先构建的优化系数向量，r表示期望响应，rad表示根据波束期望方向和波束期望宽度预先计算的目标期望响应，β表示正则化系数，
Figure BDA00025421546600002010
表示经过
Figure BDA00025421546600002011
优化后的第二加权系数向量，D表示导向矩阵。
在本发明的一种实施例中，目标期望响应为：
Figure BDA00025421546600002012
其中，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，
Figure BDA00025421546600002013
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure BDA00025421546600002014
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure BDA0002542154660000211
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度。
应用本发明实施例提供的基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测装置，确定协同探测的探测目标，并确定探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；根据探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，地面探测区域为以探测目标为中心的预设半径的圆形区域；针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；基于所确定的天线阵元的加权系数向探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使信号融合处理中心整合各个协同探测基站发送的信号并进行协同处理。可见，通过调整各个协同探测雷达发射的波束的宽度，使得各个协同探测雷达发射的波束在地面的探测区域一致，实现空间配准。进一步的，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定协同探测雷达的天线阵元的加权系数，以使协同探测雷达发射的波束能够同时满足波束方向和波束宽度的要求。且通过地下光纤进行低时延、高速率的信息共享，实现多协同探测雷达在信号级别的数据融合处理。
基于相同的发明构思，根据上述基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法实施例，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，包括处理器701、通信接口702、存储器703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信，
存储器703，用于存放计算机程序；
处理器701，用于执行存储器703上所存放的程序时，实现如下步骤：
确定协同探测的探测目标，并确定探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；
根据探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，地面探测区域为以探测目标为中心的预设半径的圆形区域；
针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；
基于所确定的天线阵元的加权系数向探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使信号融合处理中心整合各个协同探测雷达发送的信号并进行协同处理。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
应用本发明实施例提供的电子设备，确定协同探测的探测目标，并确定探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；根据探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，地面探测区域为以探测目标为中心的预设半径的圆形区域；针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；基于所确定的天线阵元的加权系数向探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使信号融合处理中心整合各个协同探测基站发送的信号并进行协同处理。可见，通过调整各个协同探测雷达发射的波束的宽度，使得各个协同探测雷达发射的波束在地面的探测区域一致，实现空间配准。进一步的，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定协同探测雷达的天线阵元的加权系数，以使协同探测雷达发射的波束能够同时满足波束方向和波束宽度的要求。且通过地下光纤进行低时延、高速率的信息共享，实现多协同探测雷达在信号级别的数据融合处理。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测装置、电子设备、计算机可读存储介质及计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测方法，其特征在于，所述方法包括：
确定协同探测的探测目标，并确定所述探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，所述相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；
根据所述探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，所述地面探测区域为以所述探测目标为中心的预设半径的圆形区域；
针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；
基于所确定的天线阵元的加权系数向所述探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使所述信号融合处理中心整合各个协同探测雷达发送的信号并进行协同处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度的步骤，包括：
针对每个协同探测雷达，按照如下公式调整该协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度：
Figure FDA0002542154650000011
其中，i表示协同探测雷达的标号，θi表示所述探测目标相对于第i个协同探测雷达的波束俯仰角，Δθi表示第i个协同探测雷达的波束的俯仰角宽度，
Figure FDA0002542154650000012
表示第i个协同探测雷达的波束的方位角宽度；
根据所述探测目标与各个协同探测雷达的距离的大小排序关系，确定一标准探测雷达，并确定如下波束规范标准：
Figure FDA0002542154650000013
其中，Ri表示所述探测目标与第i个协同探测雷达的距离，Rp表示所述探测目标与所述标准探测雷达的距离，
Figure FDA0002542154650000021
表示所述标准探测雷达的波束的方位角宽度；
根据所述波束规范标准，再次调整各个协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数的步骤，包括：
确定波束期望方向和波束期望宽度，所述波束期望方向包括波束的期望方向的方位角和俯仰角，所述波束期望宽度包括波束的期望方位角宽度和期望俯仰角宽度；
根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度，基于如下公式确定波束的角度范围空间：
Figure FDA0002542154650000022
其中，Aera表示所述角度范围空间，
Figure FDA0002542154650000023
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure FDA0002542154650000024
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure FDA0002542154650000025
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度；
对所述波束的角度范围空间进行均匀划分，得到n个等分的角度区域并确定每个角度区域的中心位置对应的波束方位角和俯仰角，组成波束角度集合Cangle；其中，
Figure FDA0002542154650000026
Figure FDA0002542154650000027
表示第n个角度区域的中心位置对应的波束方位角，θn表示第n个角度区域的中心位置对应的波束俯仰角；
分别基于所述波束角度集合Cangle中的每一组波束角度，采用第一波束赋形算法，计算对应的天线阵元的第一加权系数向量，并将n个加权系数向量组成第一加权系数矩阵W，其中
Figure FDA0002542154650000028
Figure FDA0002542154650000029
表示第n组波束角度对应的第一加权系数向量；
基于预先构建的最小化期望响应误差方程，采用最小二乘法对所述第一加权系数向量进行优化，得到第二加权系数向量，所述最小化期望响应误差方程为：
Figure FDA0002542154650000031
Figure FDA0002542154650000032
Figure FDA0002542154650000033
其中，
Figure FDA0002542154650000034
表示预先构建的优化系数向量，r表示期望响应，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，β表示正则化系数，
Figure FDA0002542154650000035
表示经过
Figure FDA0002542154650000036
优化后的第二加权系数向量，D表示导向矩阵。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于如下公式根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度计算目标期望响应：
Figure FDA0002542154650000037
其中，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，
Figure FDA0002542154650000038
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure FDA0002542154650000039
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure FDA00025421546500000310
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度。
5.一种基于信号融合的多雷达空间配准的协同探测装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定模块，用于确定协同探测的探测目标，并确定所述探测目标与各个协同探测雷达的相对位置信息，所述相对位置信息包括距离、波束方向角和波束俯仰角；
调整模块，用于根据所述探测目标与每个协同探测雷达的相对位置信息，调整各个协同探测雷达的波束宽度，以使每个协同探测雷达的波束的地面探测区域一致，所述地面探测区域为以所述探测目标为中心的预设半径的圆形区域；
第二确定模块，用于针对每个协同探测雷达，根据所确定的波束宽度，采用波束宽度可控的波束赋形算法，确定该协同探测雷达的天线阵元的加权系数；
处理模块，用于基于所确定的天线阵元的加权系数向所述探测目标发射探测波束，并将反射回来的信号通过地下光纤发送至信号融合处理中心，以使所述信号融合处理中心整合各个协同探测雷达发送的信号并进行协同处理。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述调整模块，具体用于：
针对每个协同探测雷达，按照如下公式调整该协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度：
Figure FDA0002542154650000041
其中，i表示协同探测雷达的标号，θi表示所述探测目标相对于第i个协同探测雷达的波束俯仰角，Δθi表示第i个协同探测雷达的波束的俯仰角宽度，
Figure FDA0002542154650000042
表示第i个协同探测雷达的波束的方位角宽度；
根据所述探测目标与各个协同探测雷达的距离的大小排序关系，确定一标准探测雷达，并确定如下波束规范标准：
Figure FDA0002542154650000043
其中，Ri表示所述探测目标与第i个协同探测雷达的距离，Rp表示所述探测目标与所述标准探测雷达的距离，
Figure FDA0002542154650000044
表示所述标准探测雷达的波束的方位角宽度；
根据所述波束规范标准，再次调整各个协同探测雷达的波束的方位角宽度和俯仰角宽度。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，具体用于：
确定波束期望方向和波束期望宽度，所述波束期望方向包括波束的期望方向的方位角和俯仰角，所述波束期望宽度包括波束的期望方位角宽度和期望俯仰角宽度；
根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度，基于如下公式确定波束的角度范围空间：
Figure FDA0002542154650000051
其中，Aera表示所述角度范围空间，
Figure FDA0002542154650000052
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure FDA0002542154650000053
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure FDA0002542154650000054
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度；
对所述波束的角度范围空间进行均匀划分，得到n个等分的角度区域并确定每个角度区域的中心位置对应的波束方位角和俯仰角，组成波束角度集合Cangle；其中，
Figure FDA0002542154650000055
Figure FDA0002542154650000056
表示第n个角度区域的中心位置对应的波束方位角，θn表示第n个角度区域的中心位置对应的波束俯仰角；
分别基于所述波束角度集合Cangle中的每一组波束角度，采用第一波束赋形算法，计算对应的天线阵元的第一加权系数向量，并将n个加权系数向量组成第一加权系数矩阵W，其中
Figure FDA0002542154650000057
Figure FDA0002542154650000058
表示第n组波束角度对应的第一加权系数向量；
基于预先构建的最小化期望响应误差方程，采用最小二乘法对所述第一加权系数向量进行优化，得到第二加权系数向量，所述最小化期望响应误差方程为：
Figure FDA0002542154650000059
Figure FDA00025421546500000510
Figure FDA00025421546500000511
其中，
Figure FDA00025421546500000512
表示预先构建的优化系数向量，r表示期望响应，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，β表示正则化系数，
Figure FDA0002542154650000061
表示经过
Figure FDA0002542154650000062
优化后的第二加权系数向量，D表示导向矩阵。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述目标期望响应为：
Figure FDA0002542154650000063
其中，rad表示根据所述波束期望方向和所述波束期望宽度预先计算的目标期望响应，
Figure FDA0002542154650000064
表示波束方向的方位角，θ表示波束方向的俯仰角，
Figure FDA0002542154650000065
表示波束期望方向的方位角，θr表示波束期望方向的俯仰角，
Figure FDA0002542154650000066
表示波束的期望方位角宽度，Δθ表示波束的期望俯仰角宽度。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
10.一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内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112285691A (zh) * 2020-10-22 2021-01-29 广州极飞科技有限公司 单波束区域探测方法、装置及可移动设备
CN114488131A (zh) * 2022-01-27 2022-05-13 中国人民解放军空军预警学院雷达士官学校 一种多任务有序性牵引策略的雷达编队协同探测方法
CN114646925A (zh) * 2022-04-20 2022-06-21 中国电子科技集团公司信息科学研究院 分布式雷达协同搜索波束的扫描方法及装置
CN114785393A (zh) * 2022-06-21 2022-07-22 四川太赫兹通信有限公司 一种自适应波束宽度确定方法、系统、基站及介质
CN116953704A (zh) * 2022-12-23 2023-10-27 河北德冠隆电子科技有限公司 一种智慧交通用多维度角度可调全向扫描毫米波雷达

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101335552A (zh) * 2007-06-26 2008-12-31 中兴通讯股份有限公司 一种带状覆盖的智能天线实现方法与装置
WO2012160509A1 (en) * 2011-05-22 2012-11-29 Elbit Systems Ltd. Determining a spatial direction of a radar antenna
CN103439691A (zh) * 2013-08-30 2013-12-11 西安电子科技大学 宽带组网雷达抑制窄带干扰的方法
US20190195998A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Waymo Llc Radar Based Three Dimensional Point Cloud for Autonomous Vehicles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101335552A (zh) * 2007-06-26 2008-12-31 中兴通讯股份有限公司 一种带状覆盖的智能天线实现方法与装置
WO2012160509A1 (en) * 2011-05-22 2012-11-29 Elbit Systems Ltd. Determining a spatial direction of a radar antenna
CN103439691A (zh) * 2013-08-30 2013-12-11 西安电子科技大学 宽带组网雷达抑制窄带干扰的方法
US20190195998A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Waymo Llc Radar Based Three Dimensional Point Cloud for Autonomous Vehicles

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨阳: "多站雷达协同目标检测方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112285691A (zh) * 2020-10-22 2021-01-29 广州极飞科技有限公司 单波束区域探测方法、装置及可移动设备
CN112285691B (zh) * 2020-10-22 2023-12-05 广州极飞科技股份有限公司 单波束区域探测方法、装置及可移动设备
CN114488131A (zh) * 2022-01-27 2022-05-13 中国人民解放军空军预警学院雷达士官学校 一种多任务有序性牵引策略的雷达编队协同探测方法
CN114488131B (zh) * 2022-01-27 2023-08-04 中国人民解放军空军预警学院雷达士官学校 一种多任务有序性牵引策略的雷达编队协同探测方法
CN114646925A (zh) * 2022-04-20 2022-06-21 中国电子科技集团公司信息科学研究院 分布式雷达协同搜索波束的扫描方法及装置
CN114646925B (zh) * 2022-04-20 2023-04-07 中国电子科技集团公司信息科学研究院 分布式雷达协同搜索波束的扫描方法及装置
CN114785393A (zh) * 2022-06-21 2022-07-22 四川太赫兹通信有限公司 一种自适应波束宽度确定方法、系统、基站及介质
WO2023246322A1 (zh) * 2022-06-21 2023-12-28 四川太赫兹通信有限公司 一种自适应波束宽度确定方法、系统、基站及介质
CN116953704A (zh) * 2022-12-23 2023-10-27 河北德冠隆电子科技有限公司 一种智慧交通用多维度角度可调全向扫描毫米波雷达

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