CN111736131A - 一种剔除一比特信号谐波虚假目标的方法及相关组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种剔除一比特信号谐波虚假目标的方法及相关组件。其中，该方法通过对回波信号进行去斜、频移、一比特量化、AD采样以及傅里叶变换处理后得到频谱，再对频谱进行恒虚警率检测，得到真实目标的距离和虚假目标的距离，针对虚假目标的距离，通过基于多快拍的波达角度信息与基于单快拍的波达角度信息进行作差比较，从基于单快拍的波达角度信息中的得到角度差最小的角度所对应的距离，并将该距离作为真实目标的距离，进而消除虚假目标。本发明实现了采用更低的采样率进行数据采集，大幅降低数据量，达到了简化雷达系统结构，降低系统复杂度，降低数据采集、传输、存储和处理的成本的目的。

Description

一种剔除一比特信号谐波虚假目标的方法及相关组件
技术领域
本发明涉及数据采集和雷达系统应用领域，尤其涉及一种剔除一比特信号 谐波虚假目标的方法及相关组件。
背景技术
毫米波阵列雷达具有全天时、全天候、远作用距离、高分辨的探测能力， 在辅助驾驶、目标检测、无人机定高与避障等众多领域发挥着重要的作用，是 国内外学者的研究热点；但随着信号带宽及阵列雷达天线接收通道数增加，数 据采集、传输、处理的负担也在不断地加大；一方面，阵列雷达系统需要对回 波数据进行高精度的采样以保留完整的信号特征，这样导致了数据处理位宽增 加，对系统的硬件性能提出了更高的要求；另一方面，信号采样率也需要相应 地提升以避免信号频谱出现混叠，从而使得数据量增加，降低了数据处理的效 率。
针对上述问题，现有文献“基于单频时变阈值的一比特SAR成像方法研究” ([J].雷达学报,2018,7(04):446-454.)中分析了一比特量化采样使得数据在1与-1之 间不断跳变，因此引入原始信号的高次谐波；并且对此提出一种单频时变阈值 的一比特回波生成方案，通过单频阈值将回波中的高次谐波移出有效分量之外， 提高了成像质量，但该方法针对脉冲体制雷达，采用构造匹配滤波来实现。
以及文献“One-bit LFMCW Radar:SpectrumAnalysis and Target Detection”([J].2019.,arXiv:1905.09440.[Online].Available:https://arxiv.org/abs/1905.09440) 中分析了线性调频连续波雷达在去斜处理后一比特量化产生的谐波效应，提出 了一种线性预处理和预检测来执行降维(DR)，然后用广义近似消息传递(GAMP) 用来抑制高次谐波的方法；然而该方法为了最大限度抑制谐波引入了稀疏信号 重建，限定了稀疏场景的条件，还增加了处理的复杂度。
由前面文献分析可知，传统的一比特量化采样使得数据在1与-1之间不断 跳变，由此引入了原始信号的高次谐波，而它的存在将会引入虚假目标；假设 采用均匀线阵雷达，阵元个数为16，阵元间距为半波长，距离维度上有四个目 标，距离分辨是10m、15m、20m、30m，如图1所示，是16个通道去斜信号一 比特量化采样后进行距离维压缩叠加在一起的结果，图中黑框标出的是4个真 实目标的距离，其余频谱峰值都是由于一比特量化采样引入谐波分量的虚假目 标；可见谐波分量的引入会对雷达信号处理质量造成很大的影响，为了让信号 处理后可以获得更好探测效果，将这些谐波分量的虚假目标消除是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种剔除一比特信号谐波虚假目标的方法及相关组件， 旨在解决现有技术对雷达回波数据进行一比特量化采样时，引入的谐波分量的 虚假目标造成雷达信号处理复杂和影响探测效果的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种剔除一比特信号谐波虚假目标的方法， 其包括：
获取阵列雷达检测到的被探测目标的回波信号并对回波信号进行去斜处理 得到去斜回波信号；
对去斜回波信号进行频移处理并对频移处理后的去斜回波信号进行一比特 量化，然后进行AD数据采集得到去斜信号数据；
对去斜信号数据进行傅里叶变换得到频谱；
对每一通道的频谱求归一化幅度并得到幅度值，然后进行恒虚警率检测得 到真实目标的距离和虚假目标的距离，并将真实目标的距离和虚假目标的距离 对应的采样点保存；筛选出无重复的采样点并构建距离-通道数据块；
对距离-通道数据块的每一采样点对应的单快拍进行前后向空间平滑波达角 度估计，得到基于单快拍的波达角度信息；
对每一通道的一比特量化后的去斜信号数据进行采样，得到多快拍并对所 有多快拍进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于多快拍的波达角度信息；
将基于单快拍的波达角度信息和基于多快拍的波达角度信息进行作差比较， 从基于单快拍的波达角度信息中选出角度差最小的角度所对应的距离，并将该 距离作为真实目标的距离。
第二方面，本发明实施例提供了一种剔除一比特信号谐波虚假目标的装置， 其包括：
获取单元，用于获取阵列雷达检测到的被探测目标的回波信号并对回波信 号进行去斜处理得到去斜回波信号；
采样单元，用于对去斜回波信号进行频移处理并对频移处理后的去斜回波 信号进行一比特量化，然后进行AD数据采集得到去斜信号数据；
傅里叶变换单元，用于对去斜信号数据进行傅里叶变换得到频谱；
检测单元，用于对每一通道的频谱求归一化幅度并得到幅度值，然后进行 恒虚警率检测得到真实目标的距离和虚假目标的距离，并将真实目标的距离和 虚假目标的距离对应的采样点保存；筛选出无重复的采样点并构建距离-通道数 据块；
第一估计单元，用于对距离-通道数据块的每一采样点对应的单快拍进行前 后向空间平滑波达角度估计，得到基于单快拍的波达角度信息；
第二估计单元，用于对每一通道的一比特量化后的去斜信号数据进行采样， 得到多快拍并对所有多快拍进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于多快 拍的波达角度信息；
作差比较单元，用于将基于单快拍的波达角度信息和基于多快拍的波达角 度信息进行作差比较，从基于单快拍的波达角度信息中选出角度差最小的角度 所对应的距离，并将该距离作为真实目标的距离。
第三方面，本发明实施例又提供了一种计算机设备，其包括存储器、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上述第一方面所述的剔除一比特信号谐波虚假目标 的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了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 述处理器执行上述第一方面所述的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法。
本发明公开了一种剔除一比特信号谐波虚假目标的方法及相关组件。其中， 该方法通过对回波信号进行去斜、频移、一比特量化、AD采样以及傅里叶变换 处理后得到频谱，再对频谱进行恒虚警率检测，得到真实目标的距离和虚假目 标的距离，针对虚假目标的距离，通过基于多快拍的波达角度信息与基于单快 拍的波达角度信息进行作差比较，从基于单快拍的波达角度信息中的得到角度 差最小的角度所对应的距离，并将该距离作为真实目标的距离，进而消除虚假 目标。本发明实施例实现了采用更低的采样率进行数据采集，大幅降低数据量， 达到了简化雷达系统结构，降低系统复杂度，降低数据采集、传输、存储和处 理的成本的目的。
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为现有技术中一比特量化采样LFMCW去斜脉冲压缩信号频谱的示意 图；
图2为本发明实施例提供的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法的流程示 意图；
图3为本发明实施例提供的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法的子流程 示意图；
图4为本发明实施例提供的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法的又一子 流程示意图；
图5为本发明实施例提供的去斜处理过程的示意图；
图6为本发明实施例提供的剔除一比特信号谐波虚假目标的原理框图；
图7为本发明实施例提供的一比特量化采样去斜回波信号的频谱恒虚警率 检测结果的示意图；
图8为本发明实施例提供的恒虚警检测的基本原理框图；
图9为本发明实施例提供的恒虚警检测重排后的距离-通道数据块的示意图；
图10为本发明实施例提供的基于单快拍得到的距离-角度关系图；
图11为本发明实施例提供的基于多快拍得到的波达角度估计的结果的示意 图；
图12为本发明实施例提供的真实目标的频谱图；
图13为本发明实施例提供的真实目标距离-角度的极坐标图；
图14为本发明实施例提供的均匀线阵的信号模型示意图；
图15为本发明实施例提供的前后向空间平滑示意图；
图16为本发明实施例提供的剔除一比特信号谐波虚假目标的装置的示意性 框图；
图17为本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。
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2，图2为本发明实施例提供的剔除一比特信号谐波虚假目标的方 法的流程图；
如图2所示，该方法包括步骤S201～S207。
S201、获取阵列雷达检测到的被探测目标的回波信号并对回波信号进行去 斜处理得到去斜回波信号。
结合图5，本实施例中，阵列雷达通过天线向被探测目标发射线性调频脉冲 信号，脉冲信号传播到被探测目标，被探测目标反射出回波信号，并被阵列雷 达系统接收。然后对回波信号进行去斜处理以实现脉冲压缩，这样可以使得阵 列雷达系统选用较低的采样频率，避免使用高精度、高速ADC(模数转换器)。
在一实施例中，步骤S201包括：
按如下公式对回波信号进行去斜处理：
Figure BDA0002581870470000061
Figure BDA0002581870470000062
Figure RE-GDA0002626009190000063
其中，Sr1(t)为被探测目标经过时延τ反射回来的回波信号；SRef(t)是与Sr1(t)类型相同的参考信号；SIF(t)为去斜回波信号；fb＝k(τ-τ0)，
Figure BDA0002581870470000064
φ＝2πf0(τ0-τ)+πk(τ2-τ0 2)；A1为回波信号的最大幅度值；A2为参考信号最大幅度 值；τ为回波信号相对于发射信号时间延迟，τ0为参考信号相对于发射信号的时 间延迟；f0为中心频率；k为LFMCW信号的调频率且k＝B/Tp，B为信号带宽， Tp为信号脉冲宽度；·表示相乘，*表示共轭运算。
本实施例中，如图6中的去斜部分，去斜处理的过程以阵列雷达均匀线阵 的第一个接收通道为例，根据上述公式，代入A1、A2、τ、τ0、f0、k、B以及Tp的值，即可计算并得到去斜处理后的去斜回波信号SIF(t)。
S202、对去斜回波信号进行频移处理并对频移处理后的去斜回波信号进行 一比特量化，然后进行AD数据采集得到去斜信号数据。
本实施例中，为避免去斜回波信号在量化时产生干扰，先对去斜回波信号 进行频移处理，将去斜回波信号的频带与高次谐波分开，得到不包含高次谐波 的去斜回波信号，然后再对频移处理后的去斜回波信号量化为一比特采样数据， 然后进行AD数据采集得到去斜信号数据，这样可降低去斜信号数据的位宽，简 化阵列测角雷达系统的结构，降低数据采集、传输、存储和处理的成本，降低 系统设计复杂度，提高系统的实时处理能力。
在一实施例中，步骤S202包括：
按如下公式对频移后的去斜回波信号进行一比特量化，得到去斜信号数据：
S1b(t)＝sign[real(SIF(t)]+jsign[imag(SIF(t)]；其中，S1b(t)为去斜信号数据。
本实施例中，一比特量化的过程为图6中sign()的部分，根据上述公式，对 去斜回波信号进行一比特量化，即可得到去斜信号数据。
S203、对去斜信号数据进行傅里叶变换得到频谱。
本实施例中，如图6所示，通过傅里叶变换将去斜信号数据的快时间维度 变换到频域并得到频谱。
在一实施例中，如图3所示，步骤S203包括：
S301、对去斜回波数据的快时间维进行傅里叶变换处理，得到对应各回波 信号的频域窄脉冲；
S302、根据脉冲频率轴位置与被探测目标的距离的正比关系，得到频域窄 脉冲的分辨率为1/Tp，以及距离分辨率和频率分辨率关系式：
Figure BDA0002581870470000074
其中， Δf为频率分辨率，ΔR为距离分辨率，k为发射信号的调频斜率，c为电磁波传 播速度；
S303、根据距离分辨率和频率分辨率的关系，按如下公式得到雷达的距离 分辨率：
Figure BDA0002581870470000071
其中，B表示LFMCW信号(即发射信号或参考信号)。
本实施例中，当去斜信号经过一比特量化采样后，对去斜回波数据的快时 间维进行傅里叶变换处理，可在频域得到对应的各回波的窄脉冲，如图5(b)解线 调后的频谱图所示，而脉冲频率轴位置与雷达目标的距离成正比，从图5可知， 变换到频域窄脉冲的分辨率为1/Tp，距离分辨率和频率分辨率的关系为：
Figure BDA0002581870470000072
进一步得到距离分辨率的表达式：
Figure BDA0002581870470000073
S204、对每一通道的频谱求归一化幅度并得到幅度值，然后进行恒虚警率 检测得到真实目标的距离和虚假目标的距离，并将真实目标的距离和虚假目标 的距离对应的采样点保存；筛选出无重复的采样点并构建距离-通道数据块。
结合图7和图8，本实施例中，对通道的频谱求归一化幅度后进行恒虚警率 检测，将幅度较小的杂波消除，留下真实目标的距离和虚假目标的距离；图7 中黑圈为检测留下的目标点，将其距离对应的采样点保存；由于多个通道保存 的采样点存在重复，将多个通道上无重复的采样点记录下来，保存为距离-通道 数据块。
在一实施例中，如图4所示，步骤S204包括：
S401、对每一通道的频谱求归一化幅度并得到幅度值；
S402、根据幅度值对每一通道的频谱进行恒虚警率检测，并将检测到的被 探测目标的频率谱线序号进行记录，然后剔除重复的谱线序号，将剩余的谱线 与谱线对应的多个通道的采样点构成距离-通道数据块。
结合图8，本实施例中，分别对每一通道的频谱数据在一维空间上进行恒虚 警处理，所述恒虚警率检测的原理为：在被检测谱线xn的前后各取8根谱线， 其中谱线序号xn-2至xn-1和谱线序号xn+1至xn+2的4根谱线作为保护单元，谱线序 号xn-8至xn-3和谱线序号xn+2至xn+8的12根谱线作为训练单元；将这12根训练单 元的谱线累加取平均的平均值Z，并乘上CFAR的门限系数η，其中η由恒虚警 率决定，可在系统中调整；然后将Z与xn作比较，若xn>η×Z，则判断目标出 现，并输出该谱线的幅度H1及其谱线序号；若xn<η×Z，则认定目标没有出现， 将其幅度置零并输出零幅度H0和该谱线的序号。
根据输出的幅度H1及其谱线序号，将幅度较小的杂波消除，以及将重复的 谱线序号剔除，然后将剩余的谱线序号对应的谱线和谱线对应的多个通道的采 样点构成距离-通道数据块(如图9所示)。
S205、对距离-通道数据块的每一采样点对应的单快拍进行前后向空间平滑 波达角度估计，得到基于单快拍的波达角度信息。
本实施例中，对距离-通道数据块的每一采样点逐个进行基于空间平滑的单 快拍波达角度估计，得到基于单快拍的波达角度信息，然后以角度为横坐标、 距离为纵坐标画出角度-距离点图(如图10所示)。
S206、对每一通道的一比特量化后的去斜信号数据进行采样，得到多快拍 并对所有多快拍进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于多快拍的波达角 度信息。
本实施例中，对每一通道的一比特量化后的去斜信号数据进行采样，这里 的通道有16条，利用对16个通道一比特量化采样的多快拍进行前后向空间平 滑波达角度估计，得到基于多快拍的波达方向信息(如图11所示)。
在一实施例中，步骤S206包括：
将所述多快拍按如下公式构造前后向空间平滑协方差矩阵；
Figure BDA0002581870470000081
其中，
Figure BDA0002581870470000091
整体表示回波信号(噪声外)的协方差矩阵，
Figure BDA0002581870470000092
表示第 q个前向子阵的协方差矩阵，上标f表示fornt，
Figure BDA0002581870470000093
表示第q个前向子阵的的输 出(即第q个子阵中所有阵元接受的信号)，
Figure BDA0002581870470000094
表示第q个前向子阵的的输出 的共轭转置运算；
AMDq-1Rs(Dq-1)HAM H整体表示回波信号(噪声外)的协方差矩阵，AM表示子阵的 方向矩阵，Dq-1表示第对角矩阵D的q-1次方运算，其中D的表达式为：
Figure BDA0002581870470000095
AM H表示AM的共轭转置；
σ2I整体表示噪声的协方差矩阵，σ2表示回波信号噪声的自协方差(这里值 噪声信号的自协方差)，σ表示方差，I表示单位矩阵；
然后根据如下公式进行特征值分解：
Figure BDA0002581870470000096
再根据如下公式将分解后得到的特征向量划分为信号子空间和噪声子空间：
Figure BDA0002581870470000097
最后根据噪声子空间与阵列响应矩阵的正交关系构造空间谱函数，并对空 间谱函数进行峰值搜索获得基于多快拍的波达角度信息。
S207、将基于单快拍的波达角度信息和基于多快拍的波达角度信息进行作 差比较，从基于单快拍的波达角度信息中选出角度差最小的角度所对应的距离， 并将该距离作为真实目标的距离。
具体的，步骤S207包括：
按如下公式进行作差比较计算，在基于单快拍的波达角度信息中得到角度 差最小的角度：
Figure BDA0002581870470000098
其中，Angle1为基于多快拍的波达角度信息，Angle2为基于单快拍的波达角度信息，M为基于多快拍的波达角度信息中 的角度数量，N为基于单快拍的波达角度信息中的角度数量。
最后将基于单快拍的波达角度信息中角度差最小的角度所对应的距离作为 真实目标的距离。
本实施例中，根据上述公式，将Angle2中的角度逐个取出与Angle1中所有 角度依次进行作差比较，将角度差最小的Angle2中角度(即图10的角度)所对应 的距离(图10的纵坐标距离)挑选出来，即为真实目标的距离(如图12所示)； 从而实现消除距离维度谐波上的谐波，最后得到真实目标的距离、角度的极坐 标(如图13所示)。
本发明实施例分别通过对距离-通道数据块的单快拍和每一条通道的多快拍 进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于单快拍的波达角度信息和基于多 快拍的波达角度信息；这里使用的空间平滑波达角度估计的方法是采用均匀线 阵的信号模型来实现的。
具体的，构建空间平滑波达角度估计的信号模型，如图14所示，均匀线阵 的所有阵元总的接收信号X(t)可以表示为：
Figure 1
其中，M表示均匀的阵元数目，N表示快拍数，K表示信源(被探测目标)个 数，这里信源个数的要求是K＜M，θk(k＝1,2,3…K)表示第k个被探测目标的来 波方向入射M根线。
运用矩阵的定义，得到表达式:X＝AS+N。
其中，
Figure BDA0002581870470000102
其中X为阵元的输出，A为阵列相应矩阵，S是入射信，N表示阵列噪声。
来波方向为θk(k＝1,2,3…K)的第k个被探测目标的回波信号入射两个阵元间 的相位差
Figure BDA0002581870470000103
为：
Figure BDA0002581870470000104
其中d表示均匀线阵中的阵元间距，λ表示阵列 雷达发射的LFMCW信号的波长，其中λ＝c/fc，其中c表示光速，fc表示阵列雷 达发射的LFMCW信号的中心频率。
阵元间距为d的均匀线阵的阵列响应矩阵为：
Figure BDA0002581870470000111
使用空间平滑技术进行波达角度估计的过程：
空间平滑技术是对付相干或者强相关信号的有效方法，且基于相干平滑的 单快拍波达角度估计算法也已经得到了广泛的应用；其基本思想是等距线阵分 成若干个相重叠的子阵列；子阵协方差矩阵可以相加后平均取代原来意义上的 协方差矩阵R；如图15所示，将M个的等距相信阵用滑动方式分成Q个子阵， 每个子阵有N个阵元，其中N＝M-Q+1；定义第h个前向子阵的输出为：
Figure BDA0002581870470000112
其中，AM为N×K维的方向矩阵，其列为N维的导向向量aM(θi)(i＝1,2，...,K)，
Figure BDA0002581870470000113
故，第h个前向子阵的协方差矩阵为：
Figure BDA0002581870470000114
其中，符号f表示前向，定义前向空间平滑协方差矩阵为：
Figure BDA0002581870470000115
其中，符号b表示后向，定义后向空间平滑协方差矩阵为：
Figure BDA0002581870470000116
其中，Rb和Rf的关系是共轭倒序阵，Rb和Rf之间具有共轭倒序不变性，因 此可以定义前后向平滑协方差矩阵为：
Figure BDA0002581870470000117
本发明实施例采用前后向空间平滑，而不是仅仅的前向或者后向，就是为 了利用这种共轭倒叙不变性的优点：可以增加子阵的数目，从而提高波达角度 估计的精度。
然后对协方差矩阵进行特征值分解：
R＝UΣUH；其中，Σ＝diag(λ1,λ2,...,λM)，λ1≥λ2≥…≥λK≥λK+1…≥λM＝σ2，diag表示对角矩阵，σ2表示高斯白噪声的噪声功率；
按照特征值的大小顺序，将与信号个数K相等的最大特征值λ对应的特征向 量U1,U2,…,UK构成信号子空间US；将剩余的(M-K)个特征值对应的特征向量 UK+1,UK+2,…,UM构成噪声子空间UN，则特征值分解过程如下：
R＝USΣSUS H+UNΣNUN H；
ΣS＝diag(λ1,λ2,...,λK)；
ΣN＝diag(λK+1,λK+2,...,λM)；
其中ΣS是K个较大特征值构成的对角矩阵，ΣN是由M-K个特征值构成的 对角矩阵；使角度变化，按照
Figure BDA0002581870470000121
来计算谱函数，通过寻求峰 值来得到波达方向的估计值。
本发明实施例还提供一种剔除一比特信号谐波虚假目标的装置，该剔除一 比特信号谐波虚假目标的装置用于执行前述剔除一比特信号谐波虚假目标的方 法的任一实施例。具体地，请参阅图16，图16是本发明实施例提供的剔除一比 特信号谐波虚假目标的装置的示意性框图。
如图16所示，剔除一比特信号谐波虚假目标的装置1600，包括：获取单元 1601、采样单元1602、傅里叶变换单元1603、检测单元1604、第一估计单元 1605、第二估计单元1606以及作差比较单元1607。
获取单元1601，用于获取阵列雷达检测到的被探测目标的回波信号并对回 波信号进行去斜处理得到去斜回波信号；
采样单元1602，用于对去斜回波信号进行频移处理并对频移处理后的去斜 回波信号进行一比特量化，然后进行AD数据采集得到去斜信号数据；
傅里叶变换单元1603，用于对去斜信号数据进行傅里叶变换得到频谱；
检测单元1604，用于对每一通道的频谱求归一化幅度并得到幅度值，然后 进行恒虚警率检测得到真实目标的距离和虚假目标的距离，并将真实目标的距 离和虚假目标的距离对应的采样点保存；筛选出无重复的采样点并构建距离-通 道数据块；
第一估计单元1605，用于对距离-通道数据块的每一采样点对应的单快拍进 行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于单快拍的波达角度信息；
第二估计单元1606，用于对每一通道的一比特量化后的去斜信号数据进行 采样，得到多快拍并对所有多快拍进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基 于多快拍的波达角度信息；
作差比较单元1607，用于将基于单快拍的波达角度信息和基于多快拍的波 达角度信息进行作差比较，从基于单快拍的波达角度信息中选出角度差最小的 角度所对应的距离，并将该距离作为真实目标的距离。
该装置实现了采用更低的采样率进行数据采集，大幅降低数据量，达到了 简化雷达系统结构，降低系统复杂度，降低数据采集、传输、存储和处理的成 本的目的。
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实 施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
上述剔除一比特信号谐波虚假目标的装置可以实现为计算机程序的形式， 该计算机程序可以在如图17所示的计算机设备上运行。
请参阅图17，图17是本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。该计 算机设备1700是服务器，服务器可以是独立的服务器，也可以是多个服务器组 成的服务器集群。
参阅图17，该计算机设备1700包括通过系统总线1701连接的处理器1702、 存储器和网络接口1705，其中，存储器可以包括非易失性存储介质1703和内存 储器1704。
该非易失性存储介质1703可存储操作系统17031和计算机程序17032。该 计算机程序17032被执行时，可使得处理器1702执行剔除一比特信号谐波虚假 目标的方法。
该处理器1702用于提供计算和控制能力，支撑整个计算机设备1700的运 行。
该内存储器1704为非易失性存储介质1703中的计算机程序17032的运行 提供环境，该计算机程序17032被处理器1702执行时，可使得处理器1702执 行剔除一比特信号谐波虚假目标的方法。
该网络接口1705用于进行网络通信，如提供数据信息的传输等。本领域技 术人员可以理解，图17中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的 框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备1700的限定，具体的 计算机设备1700可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件， 或者具有不同的部件布置。
本领域技术人员可以理解，图17中示出的计算机设备的实施例并不构成对 计算机设备具体构成的限定，在其他实施例中，计算机设备可以包括比图示更 多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。例如，在一些实 施例中，计算机设备可以仅包括存储器及处理器，在这样的实施例中，存储器 及处理器的结构及功能与图17所示实施例一致，在此不再赘述。
应当理解，在本发明实施例中，处理器1702可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器1702还可以是其他通用处理器、数字信号处 理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray， 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 等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理 器等。
在本发明的另一实施例中提供计算机可读存储介质。该计算机可读存储介 质可以为非易失性的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有计算 机程序，其中计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例的剔除一比特信号 谐波虚假目标的方法。
所述存储介质为实体的、非瞬时性的存储介质，例如可以是U盘、移动硬 盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储 程序代码的实体存储介质。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描 述的设备、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过 程，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种剔除一比特信号谐波虚假目标的方法，其特征在于，包括：
获取阵列雷达检测到的被探测目标的回波信号并对回波信号进行去斜处理得到去斜回波信号；
对去斜回波信号进行频移处理并对频移处理后的去斜回波信号进行一比特量化，然后进行AD数据采集得到去斜信号数据；
对去斜信号数据进行傅里叶变换得到频谱；
对每一通道的频谱求归一化幅度并得到幅度值，然后进行恒虚警率检测得到真实目标的距离和虚假目标的距离，并将真实目标的距离和虚假目标的距离对应的采样点保存；筛选出无重复的采样点并构建距离-通道数据块；
对距离-通道数据块的每一采样点对应的单快拍进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于单快拍的波达角度信息；
对每一通道的一比特量化后的去斜信号数据进行采样，得到多快拍并对所有多快拍进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于多快拍的波达角度信息；
将基于单快拍的波达角度信息和基于多快拍的波达角度信息进行作差比较，从基于单快拍的波达角度信息中选出角度差最小的角度所对应的距离，并将该距离作为真实目标的距离。
2.根据权利要求1所述的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法，其特征在于，所述获取阵列雷达检测到的被探测目标的回波信号并对回波信号进行去斜处理得到去斜回波信号，包括：
按如下公式对回波信号进行去斜处理：
Figure RE-FDA0002626009180000011
Figure RE-FDA0002626009180000012
Figure RE-FDA0002626009180000013
其中，Sr1(t)为被探测目标经过时延τ反射回来的回波信号；SRef(t)是与Sr1(t)类型相同的参考信号；SIF(t)为去斜回波信号；fb＝k(τ-τ0)，
Figure RE-FDA0002626009180000014
φ＝2πf0(τ0-τ)+πk(τ2-τ0 2)；A1为回波信号的最大幅度值；A2为参考信号最大幅度值；τ为回波信号相对于发射信号时间延迟，τ0为参考信号相对于发射信号的时间延迟；f0为中心频率；k为LFMCW信号的调频率且k＝B/Tp，B为信号带宽，Tp为信号脉冲宽度；·表示相乘，*表示共轭运算。
3.根据权利要求1所述的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法，其特征在于，所述对去斜回波信号进行频移处理并对频移处理后的去斜回波信号进行一比特量化，然后进行AD数据采集得到去斜信号数据，包括：
按如下公式对频移后的去斜回波信号进行一比特量化，得到去斜信号数据：
S1b(t)＝sign[real(SIF(t)]+jsign[imag(SIF(t)]；其中，S1b(t)为去斜信号数据。
4.根据权利要求1所述的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法，其特征在于，所述对去斜信号数据进行傅里叶变换得到频谱，包括：
对去斜回波数据的快时间维进行傅里叶变换处理，得到对应各回波信号的频域窄脉冲；
根据脉冲频率轴位置与被探测目标的距离的正比关系，得到频域窄脉冲的分辨率为1/Tp，以及距离分辨率和频率分辨率关系式：
Figure RE-FDA0002626009180000021
其中，Δf为频率分辨率，ΔR为距离分辨率；
根据距离分辨率和频率分辨率的关系，按如下公式得到雷达的距离分辨率：
Figure RE-FDA0002626009180000022
5.根据权利要求1所述的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法，其特征在于，所述对每一通道的频谱求归一化幅度并得到幅度值，然后进行恒虚警率检测得到真实目标的距离和虚假目标的距离，并将真实目标的距离和虚假目标的距离对应的采样点保存；筛选出无重复的采样点并构建距离-通道数据块，包括：
对每一通道的频谱求归一化幅度并得到幅度值；
根据幅度值对每一通道的频谱进行恒虚警率检测，并将检测到的被探测目标的频率谱线序号进行记录，然后剔除重复的谱线序号，将剩余的谱线与谱线对应的多个通道的采样点构成距离-通道数据块。
6.根据权利要求1所述的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法，其特征在于，所述对每一通道的一比特量化后的去斜信号数据进行采样，得到多快拍并对所有多快拍进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于多快拍的波达角度信息，包括：
将所述多快拍按如下公式构造前后向空间平滑协方差矩阵；
Figure RE-FDA0002626009180000031
其中，
Figure RE-FDA0002626009180000032
整体表示回波信号(处噪声外)的协方差矩阵，
Figure RE-FDA0002626009180000033
表示第q个前向子阵的协方差矩阵，上标f表示fornt，
Figure RE-FDA0002626009180000034
表示第q个前向子阵的的输出(即第q个子阵中所有阵元接受的信号)，
Figure RE-FDA0002626009180000035
表示第q个前向子阵的的输出的共轭转置运算；
AMDq-1Rs(Dq-1)HAM H整体表示回波信号(处噪声外)的协方差矩阵，AM表示子阵的方向矩阵，Dq-1表示第对角矩阵D的q-1次方运算，其中D的表达式为：
Figure RE-FDA0002626009180000036
AM H表示AM的共轭转置；
σ2I整体表示噪声的协方差矩阵，σ2表示回波信号噪声的自协方差(这里值噪声信号的自协方差)，σ表示方差，I表示单位矩阵；；
然后根据如下公式进行特征值分解：
Figure RE-FDA0002626009180000037
再根据如下公式将分解后得到的特征向量划分为信号子空间和噪声子空间：
Figure RE-FDA0002626009180000038
最后根据噪声子空间与阵列响应矩阵的正交关系构造空间谱函数，并对空间谱函数进行峰值搜索获得基于多快拍的波达角度信息。
7.根据权利要求6所述的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法，其特征在于，所述将基于单快拍的波达角度信息和基于多快拍的波达角度信息进行作差比较，从基于单快拍的波达角度信息中选出角度差最小的角度所对应的距离，并将该距离作为真实目标的距离，包括：
按如下公式进行作差比较计算，在基于单快拍的波达角度信息中得到角度差最小的角度：
Figure RE-FDA0002626009180000039
其中，Angle1为基于多快拍的波达角度信息，Angle2为基于单快拍的波达角度信息，M为基于多快拍的波达角度信息中的角度数量，N为基于单快拍的波达角度信息中的角度数量。
最后将基于单快拍的波达角度信息中角度差最小的角度所对应的距离作为真实目标的距离。
8.一种剔除一比特信号谐波虚假目标的装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取阵列雷达检测到的被探测目标的回波信号并对回波信号进行去斜处理得到去斜回波信号；
采样单元，用于对去斜回波信号进行频移处理并对频移处理后的去斜回波信号进行一比特量化，然后进行AD数据采集得到去斜信号数据；
傅里叶变换单元，用于对去斜信号数据进行傅里叶变换得到频谱；
检测单元，用于对每一通道的频谱求归一化幅度并得到幅度值，然后进行恒虚警率检测得到真实目标的距离和虚假目标的距离，并将真实目标的距离和虚假目标的距离对应的采样点保存；筛选出无重复的采样点并构建距离-通道数据块；
第一估计单元，用于对距离-通道数据块的每一采样点对应的单快拍进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于单快拍的波达角度信息；
第二估计单元，用于对每一通道的一比特量化后的去斜信号数据进行采样，得到多快拍并对所有多快拍进行前后向空间平滑波达角度估计，得到基于多快拍的波达角度信息；
作差比较单元，用于将基于单快拍的波达角度信息和基于多快拍的波达角度信息进行作差比较，从基于单快拍的波达角度信息中选出角度差最小的角度所对应的距离，并将该距离作为真实目标的距离。
9.一种计算机设备，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至7中任一项所述的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法。
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至7任一项所述的剔除一比特信号谐波虚假目标的方法。
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