CN113093167A - 一种目标测向方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种目标测向方法及装置，应用于雷达领域，阵列天线中的发射天线在对雷达视场进行扫描时，采用波束形成法进行扫描，且在一个时间点仅扫描第一预设大小范围的区域，以确定该区域内是否存在待测向目标并粗略确定待测向目标的大致方向，因此，与扫描整个雷达视场相比可以降低测向的计算量，并增加目标角度解算的准确度，减小其他目标的干扰。此外，在确定待测向目标的方向数据时，采用传播算子算法，避开了特征分解的过程，同样可以降低测向的计算量。
Description
技术领域
本申请涉及雷达领域，具体而言，涉及一种目标测向方法及装置。
背景技术
在雷达领域中，天线被广泛的应用，而由许多相同的单个天线(如对称天线)按一定规律排列组成的天线系统称为阵列天线，阵列天线采集的信号称为阵列信号。
自适应空域滤波和空间谱估计是阵列信号处理的两个最主要的研究方向。其中，空间谱估计实际上是对空间信号的波达方向估计，故常称为波达方向定位技术(Directionof Arrival，DOA)。由于空间谱估计对空间信号源的分辨能力超强，且提高了分辨一个波束宽度来自不同方向的空间信号源的能力，故空间谱估计又可以称为超分辨谱估计。
在现有技术中，一般采用MUSCI算法实现空间谱估计。但是，MUSCI算法需要对所求得的自相关进行特征分解，计算量较大。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种目标测向方法及装置，用以解决计算量较大的技术问题。
为了实现上述目的，本申请实施例所提供的技术方案如下所示：
第一方面，本申请实施例提供一种目标测向方法，包括：在阵列天线中各个发射天线采用波束形成法扫描雷达视场中的某一第一预设大小范围的区域后，获取所述阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据；其中，所述雷达视场包括多个第一预设大小范围的区域；对所述扫描数据进行傅里叶变换，得到变换后的目标数据；若至少一个接收天线对应的目标数据表征所述第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则根据所述接收天线对应的目标数据确定所述接收天线对应的传播算子；根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据。在上述方案中，阵列天线中的发射天线在对雷达视场进行扫描时，采用波束形成法进行扫描，且在一个时间点仅扫描第一预设大小范围的区域，以确定该区域内是否存在待测向目标并粗略确定待测向目标的大致方向，因此，与扫描整个雷达视场相比可以降低测向的计算量，并增加目标角度解算的准确度，减小其他目标的干扰。此外，在确定待测向目标的方向数据时，采用传播算子算法，避开了特征分解的过程，同样可以降低测向的计算量。
在本申请的可选实施例中，所述根据所述接收天线对应的目标数据确定所述接收天线对应的传播算子，包括：根据所述接收天线对应的目标数据计算所述接收天线对应的协方差矩阵；根据所述协方差矩阵计算所述接收天线对应的导向协方差矩阵，以及根据所述协方差矩阵构造所述传播算子。在上述方案中，可以根据傅里叶变换后得到的目标数据构造对应的传播算子，同时根据传播算子进行空间谱搜索，从而可以避开特征分解的过程，降低测向的计算量。
在本申请的可选实施例中，所述根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据，包括：在所述第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第二预设大小范围小于所述第一预设大小范围，所述第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域；若所述空间谱搜索结果表征所述第二预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，则确定所述待测向目标的方向数据为所述第二预设大小范围的区域对应的方向数据。在上述方案中，在进行空间谱搜索的过程中，可以进一步的将第一预设大小范围的区域分为多个第二预设大小范围的区域，对第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索以确定待测向目标的方向。由于在进行空间谱搜索时分为多个区域进行搜索，因此可以降低测向的计算量。
在本申请的可选实施例中，所述根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据，包括：在所述第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第二预设大小范围小于所述第一预设大小范围，所述第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域；若所述空间谱搜索结果表征所述第二预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，在所述第二预设大小范围的区域内，对某一第三预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第三预设大小范围小于所述第二预设大小范围，所述第二预设大小范围的区域包括多个第三预设大小范围的区域；若所述空间谱搜索结果表征所述第三预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，则确定所述待测向目标的方向数据为所述第三预设大小范围的区域对应的方向数据。在上述方案中，在进行空间谱搜索的过程中，可以进一步的将第一预设大小范围的区域分为多个第二预设大小范围的区域，以对第一预设大小范围的区域进行粗搜索，确定待测向目标的大致方向。然后，将第二预设大小范围的区域分为多个第三预设大小范围的区域，以对第二预设大小范围的区域进行细搜索，确定待测向目标的方向。由于在进行空间谱搜索时分为多个区域进行搜索，因此可以降低测向的计算量。
在本申请的可选实施例中，所述对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索，包括：将所述第二预设大小范围的区域对应的方向数据代入所述导向协方差矩阵中进行计算，以判断所述第二预设大小范围的区域内是否存在所述待测向目标。
在本申请的可选实施例中，所述根据所述协方差矩阵计算所述接收天线对应的导向协方差矩阵，包括：根据如下公式计算所述导向协方差矩阵：
Z(θ)＝a(θ)×Rx×a(θ)H；
其中，Z(θ)为导向协方差矩阵，
a(θ)H为a(θ)的共轭转置，Rx为所述协方差矩阵。
在本申请的可选实施例中，在所述获取所述阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据之前，所述方法还包括：获取所述阵列天线中所述发射天线以及所述接收天线的天线参数；根据所述天线参数设置所述阵列天线；判断设置后的阵列天线是否可以实现所述波束形成法；若所述设置后的阵列天线不能实现所述波束形成法，调整所述天线参数，直至阵列天线可以实现所述波束形成法。在上述方案中，在利用阵列天线对雷达视场进行扫描之前，可以设置好天线的参数，以使阵列天线可以实现波束形成法并降低测向的计算量。
第二方面，本申请实施例提供一种目标测向装置，包括：第一获取模块，用于在阵列天线中各个发射天线采用波束形成法扫描雷达视场中的某一第一预设大小范围的区域后，获取所述阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据；其中，所述雷达视场包括多个第一预设大小范围的区域；变换模块，用于对所述扫描数据进行傅里叶变换，得到变换后的目标数据；确定模块，用于若至少一个接收天线对应的目标数据表征所述第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则根据所述接收天线对应的目标数据确定所述接收天线对应的传播算子；搜索模块，用于根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据。在上述方案中，阵列天线中的发射天线在对雷达视场进行扫描时，采用波束形成法进行扫描，且在一个时间点仅扫描第一预设大小范围的区域，以确定该区域内是否存在待测向目标并粗略确定待测向目标的大致方向，因此，与扫描整个雷达视场相比可以降低测向的计算量，并增加目标角度解算的准确度，减小其他目标的干扰。此外，在确定待测向目标的方向数据时，采用传播算子算法，避开了特征分解的过程，同样可以降低测向的计算量。
在本申请的可选实施例中，所述确定模块具体用于：根据所述接收天线对应的目标数据计算所述接收天线对应的协方差矩阵；根据所述协方差矩阵计算所述接收天线对应的导向协方差矩阵，以及根据所述协方差矩阵构造所述传播算子。在上述方案中，可以根据傅里叶变换后得到的目标数据构造对应的传播算子，同时根据传播算子进行空间谱搜索，从而可以避开特征分解的过程，降低测向的计算量。
在本申请的可选实施例中，所述搜索模块具体用于：在所述第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第二预设大小范围小于所述第一预设大小范围，所述第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域；若所述空间谱搜索结果表征所述第二预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，则确定所述待测向目标的方向数据为所述第二预设大小范围的区域对应的方向数据。在上述方案中，在进行空间谱搜索的过程中，可以进一步的将第一预设大小范围的区域分为多个第二预设大小范围的区域，对第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索以确定待测向目标的方向。由于在进行空间谱搜索时分为多个区域进行搜索，因此可以降低测向的计算量。
在本申请的可选实施例中，所述搜索模块具体用于：在所述第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第二预设大小范围小于所述第一预设大小范围，所述第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域；若所述空间谱搜索结果表征所述第二预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，在所述第二预设大小范围的区域内，对某一第三预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第三预设大小范围小于所述第二预设大小范围，所述第二预设大小范围的区域包括多个第三预设大小范围的区域；若所述空间谱搜索结果表征所述第三预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，则确定所述待测向目标的方向数据为所述第三预设大小范围的区域对应的方向数据。在上述方案中，在进行空间谱搜索的过程中，可以进一步的将第一预设大小范围的区域分为多个第二预设大小范围的区域，以对第一预设大小范围的区域进行粗搜索，确定待测向目标的大致方向。然后，将第二预设大小范围的区域分为多个第三预设大小范围的区域，以对第二预设大小范围的区域进行细搜索，确定待测向目标的方向。由于在进行空间谱搜索时分为多个区域进行搜索，因此可以降低测向的计算量。
在本申请的可选实施例中，所述搜索模块具体用于：将所述第二预设大小范围的区域对应的方向数据代入所述导向协方差矩阵中进行计算，以判断所述第二预设大小范围的区域内是否存在所述待测向目标。
在本申请的可选实施例中，所述确定模块具体用于：根据如下公式计算所述导向协方差矩阵：
Z(θ)＝a(θ)×Rx×a(θ)H；
其中，Z(θ)为导向协方差矩阵，
a(θ)H为a(θ)的共轭转置，Rx为所述协方差矩阵。
在本申请的可选实施例中，所述目标测向装置还包括：第二获取模块，用于获取所述阵列天线中所述发射天线以及所述接收天线的天线参数；设置模块，用于根据所述天线参数设置所述阵列天线；判断模块，用于判断设置后的阵列天线是否可以实现所述波束形成法；调整模块，用于若所述设置后的阵列天线不能实现所述波束形成法，调整所述天线参数，直至阵列天线可以实现所述波束形成法。在上述方案中，在利用阵列天线对雷达视场进行扫描之前，可以设置好天线的参数，以使阵列天线可以实现波束形成法并降低测向的计算量。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线；所述处理器和所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如第一方面中的目标测向方法。
第四方面，本申请实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如第一方面中的目标测向方法。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本申请实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种天线参数设置方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种目标测向方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的一种雷达视场、第一预设大小范围、第二预设大小范围以及第三预设大小范围的划分示意图；
图4为本申请实施例提供的一种目标测向装置的结构框图；
图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在介绍本申请实施例提供的技术方案之前，需要说明的是，本申请实施例提供的方法可以应用于服务器、处理器、电子设备等，其中，电子设备以及处理器可以与雷达为一体的，也可以与雷达分开的。举例来说，雷达可以将采集的数据通过无线通信发送给服务器，服务器对接收到的数据进行处理；或者，雷达可以将采集的数据通过有线通信的方式发送给处理器，处理器对接收到的数据进行处理；或者，雷达可以将采集的数据通过无线通信或者有线通信的方式发送给电子设备，电子设备对接收到的数据进行处理。本申请实施例对此不作具体的限定，为了便于叙述，下面实施例中均以处理器为执行主体进行说明。
在利用阵列天线对雷达视场进行扫描之前，首先可以根据需求对阵列天线中的发射天线以及接收天线的天线参数进行设置。在本申请实施例中，由于在后续的实施例中，阵列天线需要采用波束形成法(Conventional Beamforming，CBF))进行扫描，因此，可以设置天线参数使得阵列天线可以实现CBF。
请参照图1，图1为本申请实施例提供的一种天线参数设置方法的流程图，该天线参数设置方法可以包括如下步骤：
步骤S101：获取阵列天线中发射天线以及接收天线的天线参数。
步骤S102：根据天线参数设置阵列天线。
步骤S103：判断设置后的阵列天线是否可以实现波束形成法。
步骤S104：若设置后的阵列天线不能实现波束形成法，调整天线参数，直至阵列天线可以实现波束形成法。
具体的，处理器获取阵列天线中发射天线以及接收天线的天线参数的方式有多种，例如：操作人员手动输入天线参数，处理器获取上述输入的天线参数；或者，处理器可以读取数据库中事先存储的天线参数等，本申请实施例对此不作具体的限定。
处理器可以根据天线参数对阵列天线进行设置，并判断设置后的阵列天线是否可以实现CBF。举例来说，可以采用仿真的方式判断当前阵列天线是否可以实现CBF。若当前阵列天线可以实现CBF，则可以结束天线参数设置的步骤，进入后续目标测向的步骤；若当前阵列天线不能实现CBF，则需要调整天线参数，重复上述步骤S102-步骤S103，直至设置后的阵列天线可以实现CBF，结束天线参数设置的步骤。
在上述方案中，在利用阵列天线对雷达视场进行扫描之前，可以设置好天线的参数，以使阵列天线可以实现波束形成法并降低测向的计算量。
在完成上述阵列天线的天线参数的设置之后，可以利用上述能够实现CBF的阵列天线对雷达视场进行扫描，然后处理器根据阵列天线扫描得到的数据对待测向目标进行测向。
请参照图2，图2为本申请实施例提供的一种目标测向方法的流程图，该目标测向方法可以包括如下步骤：
步骤S201：在阵列天线中各个发射天线采用波束形成法扫描雷达视场中的某一第一预设大小范围的区域后，获取阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据。
步骤S202：对扫描数据进行傅里叶变换，得到变换后的目标数据。
步骤S203：若至少一个接收天线对应的目标数据表征第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则根据接收天线对应的目标数据确定接收天线对应的传播算子。
步骤S204：根据传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定待测向目标的方向数据。
具体的，在本申请实施例中，可以将雷达视场分为多个第一预设大小范围的区域。作为一种实施方式，多个第一预设大小范围的区域相邻且没有重叠；作为另一种实施方式，多个第一预设大小范围的区域存在重叠；作为又一种实施方式，多个第一预设大小范围的区域不相邻。可以理解的是，根据应用场景的不同，本领域技术人员可以采用不同的划分方式，本申请实施例对此不作具体的限定。
此外，本申请实施例对第一预设大小范围的区域也不作具体的限定。举例来说，第一预设大小范围的区域可以根据面积进行划分的，例如，以第一预设大小为1平方米对雷达视场进行划分，即将雷达视场划分为多个1平方米大小的区域；或者，第一预设大小范围的区域也可以根据角度进行划分，例如，雷达视场的范围为±60°，以第一预设大小为20°对雷达视场进行划分，即将雷达视场划分为多个20°大小的区域。
阵列天线在对雷达视场进行扫描的过程中，同一时间仅对一个第一预设大小范围的区域进行扫描，扫描过程为：发射天线发射信号，接收天线接收返回的信号。
需要说明的是，在对雷达视场进行扫描的过程中，阵列天线可以依次对第一预设大小范围的区域进行扫描，并对每一个区域均进行扫描；也可以根据需求仅扫描其中的部分区域；还可以在扫描到一定数量的目标之后，停止扫描等，本申请实施例对此同样不作具体的限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行合适的调整。
举例来说，假设应用场景为：需要利用阵列天线对雷达视场进行扫描，以确定雷达视场中每一目标的方向，此时，多个第一预设大小范围的区域可以相邻且没有重叠，阵列天线可以依次对第一预设大小范围的区域进行扫描，并对每一个区域均进行扫描。
再如，假设应用场景为：需要利用阵列天线确定雷达视场中的某一个区域中是否存在目标，此时，多个第一预设大小范围的区域可以相邻且没有重叠，阵列天线可以根据需求仅扫描其中的部分区域，并在扫描到一个目标之后便停止扫描。
再如，假设应用场景为，需要利用阵列天线确定雷达视场中是否存在运动中的目标，此时，多个第一预设大小范围的区域可以存在重叠，以避免遗漏。
可以理解的是，上述应用场景中的具体实施方式仅为本申请实施例提供的几个示例，本领域技术人员结合上述实施方式以及实际情况，可以基于不同的应用场景进行合适的调整。
阵列天线在扫描的过程中，采用CBF进行扫描。其中，在发射端，波束赋形器控制每一个发射装置的相位和信号幅度，从而在发射出的信号波阵中获得需要相长和相消干涉模式；在接收端，不同接收器接收到的信号被以一种恰当的方式组合起来，从而获得期盼中的信号辐射模式。以雷达视场的范围为±60°，将雷达视场划分为多个20°大小的区域为例，阵列天线通过调整扫描的中心角度实现对多个区域的扫描：(-60°，-40°)、(-40°，-20°)、……、(40°，60°)，其中，针对(-60°，-40°)，扫描的中心角度为-50°，扫描宽度为-10°。
下面以阵列天线中的各个发射天线扫描雷达视场中的一个第一预设大小范围的区域为例进行介绍。
首先，处理器获取阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据。作为一种实施方式，信号接收模型可以表示如下：
将M个阵元在特定时刻接收的信号排成一个列适量：
在理想情况下，假设阵列中各向同性的且不存在通道不一致、互耦等因素的影响，上式可以化简为：
写成矢量形式为：
X(t)＝AS(t)+N(t)。
然后，处理器可以对上述扫描数据进行傅里叶变换，得到变换后的目标数据，并判断该第一预设大小范围的区域内是否存在待测向目标。
作为一种实施方式，可以对扫描数据进行一维傅里叶变换，然后对一维傅里叶变换后的数据进行二维傅里叶变换，然后对二维傅里叶变换后的数据求幅度谱，并利用恒虚警率(Constant False-Alarm Rate，CFAR)检测技术判断该第一预设大小范围的区域内是否存在待测向目标。其中，CFAR检测技术是指雷达系统在保持虚警概率恒定条件下对接收机输出的信号与噪声作判别以确定目标信号是否存在的技术。
若该第一预设大小范围的区域内不存在待测向目标，也就是说，没有接收天线对应的目标数据表征第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则阵列天线可以继续扫描下一个区域或者停止扫描；也就是说，至少一个接收天线对应的目标数据表征第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，若该第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则处理器可以执行后续步骤。
处理器可以针对存在待测向目标的接收天线对应的目标数据确定接收天线对应的传播算子，并根据传播算子进行空间谱搜索，以根据空间谱搜索结果确定待测向目标的方向数据。
其中，针对存在待测向目标的接收天线对应的目标数据确定接收天线对应的传播算子的步骤具体可以包括如下步骤，即上述步骤S203可以包括如下步骤：
第一步，根据接收天线对应的目标数据计算接收天线对应的协方差矩阵。
第二步，根据协方差矩阵计算接收天线对应的导向协方差矩阵，以及根据协方差矩阵构造传播算子。
作为一种实施方式，可以根据如下公式确定协方差矩阵：
其中，Rx为协方差矩阵，K为数据段数，X为接收数据矩阵，XH为X的共轭转置。
根据如下公式计算导向协方差矩阵：
Z(θ)＝a(θ)×Rx×a(θ)H；
其中，Z(θ)为导向协方差矩阵，
a(θ)H为a(θ)的共轭转置。
因此，可以根据傅里叶变换后得到的目标数据构造对应的传播算子，同时根据传播算子进行空间谱搜索，从而可以避开特征分解的过程，降低测向的计算量。
此外，作为一种实施方式，根据传播算子进行空间谱搜索，根据空间谱搜索结果确定待测向目标的方向数据的步骤具体可以包括如下步骤，即上述步骤S204可以包括如下步骤：
第一步，在第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索。
第二步，若空间谱搜索结果表征第二预设大小范围的区域内存在待测向目标，则确定待测向目标的方向数据为第二预设大小范围的区域对应的方向数据。
具体的，在进行空间谱搜索的过程中，可以进一步的将第一预设大小范围的区域分为多个第二预设大小范围的区域，对第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索以确定待测向目标的方向。其中，第二预设大小范围小于第一预设大小范围，第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域。
以雷达视场的范围为±60°，将雷达视场划分为多个20°大小的区域为例，第二预设大小范围可以为5°，因此可以将20°大小的区域划分为(0°，5°)、(5°，10°)、(10°，15°)以及(15°，20°)。
作为一种实施方式，可以通过改变公式Z(θ)＝a(θ)×Rx×a(θ)H中θ的大小，来确定每个区域中是否存在待测向目标。例如，依次代入：0°、5°、10°、15°、20°。
因此，由于在进行空间谱搜索时分为多个区域进行搜索，可以降低测向的计算量。
作为另一种实施方式，上述步骤S204可以包括如下步骤：
第一步，在第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索。
第二步，若空间谱搜索结果表征第二预设大小范围的区域内存在待测向目标，在第二预设大小范围的区域内，对某一第三预设大小范围的区域进行空间谱搜索。
第三步，若空间谱搜索结果表征第三预设大小范围的区域内存在待测向目标，则确定待测向目标的方向数据为第三预设大小范围的区域对应的方向数据。
具体的，在进行空间谱搜索的过程中，可以进一步的将第一预设大小范围的区域分为多个第二预设大小范围的区域，以对第一预设大小范围的区域进行粗搜索，确定待测向目标的大致方向。然后，将第二预设大小范围的区域分为多个第三预设大小范围的区域，以对第二预设大小范围的区域进行细搜索，确定待测向目标的方向。其中，第二预设大小范围小于第一预设大小范围，第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域，第三预设大小范围小于第二预设大小范围，第二预设大小范围的区域包括多个第三预设大小范围的区域。
可以理解的是，本申请实施例的实施方式与上述实施例的实施方式类似，此处不再赘述。
请参照图3，图3为本申请实施例提供的一种雷达视场、第一预设大小范围、第二预设大小范围以及第三预设大小范围的划分示意图。同样以雷达视场的范围为±60°，将雷达视场划分为多个20°大小的区域为例，第二预设大小范围可以为5°，因此可以将20°大小的区域划分为(0°，5°)、(5°，10°)、(10°，15°)以及(15°，20°)。第三预设大小范围可以为0.1°，因此可以将5°大小的区域划分为(0°，0.1°)、(0.1°，0.2°)、……、(4.9°，5°)。
因此，由于在进行空间谱搜索时分为多个区域进行搜索，可以降低测向的计算量。
在上述方案中，阵列天线中的发射天线在对雷达视场进行扫描时，采用波束形成法进行扫描，且在一个时间点仅扫描第一预设大小范围的区域，以确定该区域内是否存在待测向目标并粗略确定待测向目标的大致方向，因此，与扫描整个雷达视场相比可以降低测向的计算量，并增加目标角度解算的准确度，减小其他目标的干扰。此外，在确定待测向目标的方向数据时，采用传播算子算法，避开了特征分解的过程，同样可以降低测向的计算量。
请参照图4，图4为本申请实施例提供的一种目标测向装置的结构框图，该目标测向装置400可以包括：第一获取模块401，用于在阵列天线中各个发射天线采用波束形成法扫描雷达视场中的某一第一预设大小范围的区域后，获取所述阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据；其中，所述雷达视场包括多个第一预设大小范围的区域；变换模块402，用于对所述扫描数据进行傅里叶变换，得到变换后的目标数据；确定模块403，用于若至少一个接收天线对应的目标数据表征所述第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则根据所述接收天线对应的目标数据确定所述接收天线对应的传播算子；搜索模块404，用于根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据。
在本申请实施例中，阵列天线中的发射天线在对雷达视场进行扫描时，采用波束形成法进行扫描，且在一个时间点仅扫描第一预设大小范围的区域，以确定该区域内是否存在待测向目标并粗略确定待测向目标的大致方向，因此，与扫描整个雷达视场相比可以降低测向的计算量。此外，在确定待测向目标的方向数据时，采用传播算子算法，避开了特征分解的过程，同样可以降低测向的计算量。
进一步的，所述确定模块403具体用于：根据所述接收天线对应的目标数据计算所述接收天线对应的协方差矩阵；根据所述协方差矩阵计算所述接收天线对应的导向协方差矩阵，以及根据所述协方差矩阵构造所述传播算子。
在本申请实施例中，可以根据傅里叶变换后得到的目标数据构造对应的传播算子，同时根据传播算子进行空间谱搜索，从而可以避开特征分解的过程，降低测向的计算量。
进一步的，所述搜索模块404具体用于：在所述第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第二预设大小范围小于所述第一预设大小范围，所述第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域；若所述空间谱搜索结果表征所述第二预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，则确定所述待测向目标的方向数据为所述第二预设大小范围的区域对应的方向数据。
在本申请实施例中，在进行空间谱搜索的过程中，可以进一步的将第一预设大小范围的区域分为多个第二预设大小范围的区域，对第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索以确定待测向目标的方向。由于在进行空间谱搜索时分为多个区域进行搜索，因此可以降低测向的计算量。
进一步的，所述搜索模块404具体用于：在所述第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第二预设大小范围小于所述第一预设大小范围，所述第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域；若所述空间谱搜索结果表征所述第二预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，在所述第二预设大小范围的区域内，对某一第三预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第三预设大小范围小于所述第二预设大小范围，所述第二预设大小范围的区域包括多个第三预设大小范围的区域；若所述空间谱搜索结果表征所述第三预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，则确定所述待测向目标的方向数据为所述第三预设大小范围的区域对应的方向数据。
在本申请实施例中，在进行空间谱搜索的过程中，可以进一步的将第一预设大小范围的区域分为多个第二预设大小范围的区域，以对第一预设大小范围的区域进行粗搜索，确定待测向目标的大致方向。然后，将第二预设大小范围的区域分为多个第三预设大小范围的区域，以对第二预设大小范围的区域进行细搜索，确定待测向目标的方向。由于在进行空间谱搜索时分为多个区域进行搜索，因此可以降低测向的计算量。
进一步的，所述搜索模块404具体用于：将所述第二预设大小范围的区域对应的方向数据代入所述导向协方差矩阵中进行计算，以判断所述第二预设大小范围的区域内是否存在所述待测向目标。
进一步的，所述确定模块403具体用于：根据如下公式计算所述导向协方差矩阵：
Z(θ)＝a(θ)×Rx×a(θ)H；
其中，Z(θ)为导向协方差矩阵，
a(θ)H为a(θ)的共轭转置，Rx为所述协方差矩阵。
进一步的，所述目标测向装置400还包括：第二获取模块，用于获取所述阵列天线中所述发射天线以及所述接收天线的天线参数；设置模块，用于根据所述天线参数设置所述阵列天线；判断模块，用于判断设置后的阵列天线是否可以实现所述波束形成法；调整模块，用于若所述设置后的阵列天线不能实现所述波束形成法，调整所述天线参数，直至阵列天线可以实现所述波束形成法。
在本申请实施例中，在利用阵列天线对雷达视场进行扫描之前，可以设置好天线的参数，以使阵列天线可以实现波束形成法并降低测向的计算量。
请参照图5，图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图，该电子设备500包括：至少一个处理器501，至少一个通信接口502，至少一个存储器503和至少一个通信总线504。其中，通信总线504用于实现这些组件直接的连接通信，通信接口502用于与其他节点设备进行信令或数据的通信，存储器503存储有处理器501可执行的机器可读指令。当电子设备500运行时，处理器501与存储器503之间通过通信总线504通信，机器可读指令被处理器501调用时执行上述目标测向方法。
例如，本申请实施例的处理器501通过通信总线504从存储器503读取计算机程序并执行该计算机程序可以实现如下方法：步骤S101：获取阵列天线中发射天线以及接收天线的天线参数。步骤S102：根据天线参数设置阵列天线。步骤S103：判断设置后的阵列天线是否可以实现波束形成法。步骤S104：若设置后的阵列天线不能实现波束形成法，调整天线参数，直至阵列天线可以实现波束形成法。在一些示例中，处理器501还可以对配置项进行更新，也就是说，可以执行如下步骤：步骤S201：在阵列天线中各个发射天线采用波束形成法扫描雷达视场中的某一第一预设大小范围的区域后，获取阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据。步骤S202：对扫描数据进行傅里叶变换，得到变换后的目标数据。步骤S203：若至少一个接收天线对应的目标数据表征第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则根据接收天线对应的目标数据确定接收天线对应的传播算子。步骤S204：根据传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定待测向目标的方向数据。
处理器501可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述处理器501可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(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。其可以实现或者执行本申请实施例中公开的各种方法、步骤及逻辑框图。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。
存储器503可以包括但不限于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。
可以理解，图5所示的结构仅为示意，电子设备500还可包括比图5中所示更多或者更少的组件，或者具有与图5所示不同的配置。图5中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。于本申请实施例中，电子设备500可以是，但不限于台式机、笔记本电脑、智能手机、智能穿戴设备、车载设备等实体设备，还可以是虚拟机等虚拟设备。另外，电子设备500也不一定是单台设备，还可以是多台设备的组合，例如服务器集群，等等。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述实施例中目标测向方法的步骤，例如包括：在阵列天线中各个发射天线采用波束形成法扫描雷达视场中的某一第一预设大小范围的区域后，获取所述阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据；其中，所述雷达视场包括多个第一预设大小范围的区域；对所述扫描数据进行傅里叶变换，得到变换后的目标数据；若至少一个接收天线对应的目标数据表征所述第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则根据所述接收天线对应的目标数据确定所述接收天线对应的传播算子；根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
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。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种目标测向方法，其特征在于，包括：
在阵列天线中各个发射天线采用波束形成法扫描雷达视场中的某一第一预设大小范围的区域后，获取所述阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据；其中，所述雷达视场包括多个第一预设大小范围的区域；
对所述扫描数据进行傅里叶变换，得到变换后的目标数据；
若至少一个接收天线对应的目标数据表征所述第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则根据所述接收天线对应的目标数据确定所述接收天线对应的传播算子；
根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据。
2.根据权利要求1所述的目标测向方法，其特征在于，所述根据所述接收天线对应的目标数据确定所述接收天线对应的传播算子，包括：
根据所述接收天线对应的目标数据计算所述接收天线对应的协方差矩阵；
根据所述协方差矩阵计算所述接收天线对应的导向协方差矩阵，以及根据所述协方差矩阵构造所述传播算子。
3.根据权利要求2所述的目标测向方法，其特征在于，所述根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据，包括：
在所述第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第二预设大小范围小于所述第一预设大小范围，所述第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域；
若所述空间谱搜索结果表征所述第二预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，则确定所述待测向目标的方向数据为所述第二预设大小范围的区域对应的方向数据。
4.根据权利要求2所述的目标测向方法，其特征在于，所述根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据，包括：
在所述第一预设大小范围的区域内，对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第二预设大小范围小于所述第一预设大小范围，所述第一预设大小范围的区域包括多个第二预设大小范围的区域；
若所述空间谱搜索结果表征所述第二预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，在所述第二预设大小范围的区域内，对某一第三预设大小范围的区域进行空间谱搜索；其中，所述第三预设大小范围小于所述第二预设大小范围，所述第二预设大小范围的区域包括多个第三预设大小范围的区域；
若所述空间谱搜索结果表征所述第三预设大小范围的区域内存在所述待测向目标，则确定所述待测向目标的方向数据为所述第三预设大小范围的区域对应的方向数据。
5.根据权利要求3或4所述的目标测向方法，其特征在于，所述对某一第二预设大小范围的区域进行空间谱搜索，包括：
将所述第二预设大小范围的区域对应的方向数据代入所述导向协方差矩阵中进行计算，以判断所述第二预设大小范围的区域内是否存在所述待测向目标。
6.根据权利要求5所述的目标测向方法，其特征在于，所述根据所述协方差矩阵计算所述接收天线对应的导向协方差矩阵，包括：
根据如下公式计算所述导向协方差矩阵：
Z(θ)＝a(θ)×Rx×a(θ)H；
其中，Z(θ)为导向协方差矩阵，
a(θ)H为a(θ)的共轭转置，Rx为所述协方差矩阵。
7.根据权利要求1-4任一项所述的目标测向方法，其特征在于，在所述获取所述阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据之前，所述方法还包括：
获取所述阵列天线中所述发射天线以及所述接收天线的天线参数；
根据所述天线参数设置所述阵列天线；
判断设置后的阵列天线是否可以实现所述波束形成法；
若所述设置后的阵列天线不能实现所述波束形成法，调整所述天线参数，直至阵列天线可以实现所述波束形成法。
8.一种目标测向装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于在阵列天线中各个发射天线采用波束形成法扫描雷达视场中的某一第一预设大小范围的区域后，获取所述阵列天线中各个接收天线接收的扫描数据；其中，所述雷达视场包括多个第一预设大小范围的区域；
变换模块，用于对所述扫描数据进行傅里叶变换，得到变换后的目标数据；
确定模块，用于若至少一个接收天线对应的目标数据表征所述第一预设大小范围的区域内存在待测向目标，则根据所述接收天线对应的目标数据确定所述接收天线对应的传播算子；
搜索模块，用于根据所述传播算子进行空间谱搜索，并根据空间谱搜索结果确定所述待测向目标的方向数据。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线；
所述处理器和所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1-7任一项所述的目标测向方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被计算机运行时，使所述计算机执行如权利要求1-7任一项所述的目标测向方法。
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| CN202110422312.1A CN113093167A (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种目标测向方法及装置 |
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