CN113406615B - 二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法及装置 - Google Patents

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    • G01S13/62—Sense-of-movement determination

Abstract

本发明适用于阵列雷达目标探测技术领域，提供了一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法及装置，所述方法包括：接收由所述u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束；根据所述v个和波束和所述v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数；对所述每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹。本发明以两路发射信号以同相和反相交替的方式来发射信号的二进制相位调制思想实现波束形成，并利用和波束来提高峰值增益以及利用差波束来拓展波束宽带，实现在收发通道规模有限的情况下达到同时提高增益和FOV的效果。

Description

二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法及装置
技术领域
本发明属于阵列雷达目标探测技术领域，尤其涉及一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法及装置。
背景技术
随着汽车工业的发展，自动驾驶技术愈发成熟，智能化车辆对各种传感器设备的依赖程度越来越高，对各种车身传感器的技术指标要求也是越来越高。毫米波雷达作为一种全天候全天时的传感器，是自动驾驶车辆上不可或缺的重要组成部分。
为了有效探测目标，通常可采用以下方式：一是在毫米波雷达硬件的基础上，通过更加有效的雷达信号处理技术与雷达波形设计方法有效结合，提高目标的探测性能；二是在收发通道规模有限的情况下，采用稀疏阵列和多发多收(MIMO)技术来拓展虚拟口径以提高收发增益。
但是，上述方式难以实现在提高收发增益的同时扩大视场角FOV的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法及装置，以解决现有技术中提高收发增益和扩大视场角FOV相矛盾的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法，包括：
接收由u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束，其中，u个发射信号是由u个发射天线以同向和反相交替的方式进行发射的，其中，u个发射天线与u个发射信号一一对应；
根据v个和波束和v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数，其中，u、v和k均为正整数；
对每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹。
本发明实施例的第二方面提供了一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪装置，装置包括：
接收模块，用于由u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束，其中，u个发射信号是由u个发射天线以同向和反相交替的方式进行发射的，其中，u个发射天线与u个发射信号一一对应；
目标参数确定模块，用于根据v个和波束和v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数，其中，u、v和k均为正整数；
运动轨迹确定模块，用于对每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹。
本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述任一项的二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项的二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明实施例首先接收由u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束，其中，u个发射信号是由u个发射天线以同向和反相交替的方式进行发射的，其中，u个发射天线与u个发射信号一一对应；然后根据v个和波束和v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数；再对每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹。本发明以两路发射信号以同相和反相交替的方式来发射信号的二进制相位调制思想实现波束形成，并利用和波束来提高峰值增益以及利用差波束来拓展波束宽带，实现在收发通道规模有限的情况下达到同时提高增益和FOV的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例中两发四收雷达阵列排布关系示意图；
图3是本发明实施例中8路虚拟接收阵列示意图；
图4是本发明实施例中S102的细化步骤的实现流程示意图；
图5是本发明实施例中二进制相位调制发射波形时序示意图；
图6是本发明实施例中S402的细化步骤的实现流程示意图；
图7是本发明实施例中S403的细化步骤的实现流程示意图；
图8为本发明实施例中S404的细化步骤的实现流程示意图；
图9是本发明实施例中S405的细化步骤的实现流程示意图；
图10是本发明实施例中S901的细化步骤的实现流程示意图；
图11是本发明实施例中S902的细化步骤的实现流程示意图；
图12是本发明实施例中S101之前步骤的实现流程示意图；
图13是本发明实施例中两路发射信号的初始相位对应关系示意图；
图14是本发明实施例中二进制相位调制雷达波束对比示意图；
图15本发明实施例提供的一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪装置的结构示意图；
图16是本发明实施例提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
毫米波雷达小型化、低成本、远距离、大视场角FOV(field of view)、高分辨率、多功能是毫米波雷达的发展趋势，也是各大毫米波雷达生产商之间展开竞争的几个方面。
通常，当毫米波雷达硬件方案确定之后，收发天线通道规模、波形参数配置、存储空间、处理能力等都会随之确定下来，毫米波雷达技术指标也与这些系统参数密切相关。为了提高角度分辨率，一般可以在收发通道规模有限的情况下采用稀疏阵列和多发多收(MIMO)技术来拓展虚拟口径，为了提高作用距离可以采用波束形成的方式提高收发增益，但是常规的波束形成是以牺牲波束宽度和降低有效FOV为代价的。基于此问题，本申请提出一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法。
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1是本发明一实施例提供的一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法的实现流程示意图。如图1所示，该实施例的一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法包括：
步骤S101：接收由u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束，其中，u个发射信号是由u个发射天线以同向和反相交替的方式进行发射的，其中，u个发射天线与u个发射信号一一对应；
步骤S102：根据v个和波束和v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数，其中，u、v和k均为正整数；
步骤S103：对每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹。
在一实施例中，本申请采用二进制相位调制的基本思想是基优化设计的天线阵列。阵列雷达以多发多收(MIMO)模式来工作，u个发射信号以同相和反相交替的方式来发射信号，通过空间合成的形式形成v个和波束与v个差波束，从而达到提高增益和扩展FOV的目的。其中，u、v、k均为大于1的整数。
进一步地，本申请结合图2和图3来说明两个发射、四个接收的阵列雷达系统。如图2所示，两个发射、四个接收的阵列雷达系统包括两个发射天线Tx1和Tx2，以及四个接收天线Rx1、Rx2、Rx3和Rx4。假设两个发射天线Tx1和Tx2之间间距为λ/2，每两个相邻的接收天线之间间距为λ，即接收天线Rx1、接收天线Rx2之间间距为λ、接收天线Rx2、接收天线Rx3之间间距为λ、接收天线Rx3、接收天线Rx4之间间距为λ。这种阵列排布方式的优势是两个发射天线形成的两个发射信号合成时可以形成具有最少零点凹陷。需要说明的是，两路发射天线阵列的排布不当可能会引起更多的合成波束零点，不利于目标检测。
如图3所示，当两个发射、四个接收的阵列雷达以多发多收模式工作时，形成八个虚拟接收阵列，包括接收天线Rx1、接收天线Rx1'、接收天线Rx2、接收天线Rx2'、接收天线Rx3、接收天线Rx3'、接收天线Rx4和接收天线Rx4'。
具体地，以图2所示的两个发射、四个接收的阵列雷达为例，两个发射天线Tx1和Tx2以同向和反相交替的方式进行发射两个发射信号，之后接收到两个发射信号在空间合成的间隔排列的四个和波束和四个差波束，然后根据四个和波束和四个差波束确定得到的多个运动目标中的每个运动目标的运动轨迹。
本发明实施例首先接收由u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束，其中，u个发射信号是由u个发射天线以同向和反相交替的方式进行发射的，其中，u个发射天线与u个发射信号一一对应；然后根据v个和波束和v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数；再对每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹。本发明以两路发射信号以同相和反相交替的方式来发射信号的二进制相位调制思想实现波束形成，并利用和波束来提高峰值增益以及利用差波束来拓展波束宽度，实现在收发通道规模有限的情况下达到同时提高增益和FOV的效果。
图4为本发明实施例中步骤S102的细化步骤的实现流程示意图，如图4所示，步骤S102包括：
步骤S401：获取v个和波束和v个差波束，并提取v个和波束中的每个和波束对应的数据以及v个差波束中的每个差波束对应的数据；
步骤S402：依次对每个和波束对应的数据和每个差波束对应的数据进行一维快速傅立叶变换、二维快速傅立叶变换，得到每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据；
步骤S403：对每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行多普勒补偿，得到相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据；
步骤S404：依次对每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行非相参积累、恒虚警率检测，得到k个运动目标；
步骤S405：对k个运动目标中的每个运动目标分别进行二进制解调和到达角处理，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数。
在一实施例中，以两个发射、四个接收的阵列雷达为例，两个发射天线Tx1和Tx2以同向和反相交替的方式进行发射两个发射信号，在空间会形成图5所示的合成波束，即和差波束的时序关系，其中，Σ表示和波束，Δ表示差波束。此外，形成的每个和波束对应的数据、每个差波束对应的数据都是基于两个发射天线Tx1和Tx2的初始相位进行配置的。
进一步地，对于两个发射、四个接收的阵列雷达，二进制相位调制模式下信号处理流程如下：分别形成和波束的四路接收数据(即四个和波束对应的数据)和差波束的四路接收数据(即四个差波束对应的数据)，其中，和波束的四路接收数据记为Σ1、Σ2、Σ3、Σ4，数据大小均为M×N，M为发射chirp个数，N为ADC采样点数；差波束的四路接收数据，记为Δ1、Δ2、Δ3、Δ4，数据大小均为M×N，M为发射chirp个数，N为ADC采样点数。通过对上述和波束对应的数据以及差波束中对应的数据进行FFT运算数据、非相参积累、恒虚警检测、二进制解调和到达角(DOA，Derection Of Arriva)处理，可得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数。
图6为本发明实施例中步骤S402的细化步骤的实现流程示意图，如图6所示，步骤S402包括：
步骤S601：对每个和波束对应的数据和每个差波束对应的数据进行一维快速傅立叶变换，得到每个和波束对应的一维快速傅立叶变换数据和每个差波束对应的一维快速傅立叶变换数据；
步骤S602：对每个和波束对应的一维快速傅立叶变换数据和每个差波束对应的一维快速傅立叶变换数据进行二维快速傅立叶变换，得到每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据。
在一实施例中，对四个和波束对应的数据数据Σ1～Σ4、四个差波束对应的数据Δ1～Δ4的每个chirp数据做一维快速傅立叶变换(FFT运算)，得到每个和波束对应的一维FFT运算数据和每个差波束对应的一维FFT运算数据，积累完成一帧后，再对每个和波束对应的一维FFT运算数据和每个差波束对应的一维FFT运算数据进行二维FFT运算，结果记为四个和波束对应的二维FFT运算数据Σfft1～Σfft4，四个差波束对应的二维FFT运算数据Δfft1～Δfft4。其中，一帧包括四个和波束和四个差波束。
在另一实施例中，一般情况下，在对波束进行一维FFT运算之前会对波束对应的数据进行一维加窗处理，相对的，在对波束进行二维FFT运算之前会对波束对应的数据进行二维加窗处理。具体地，对四个和波束对应的数据数据Σ1～Σ4、四个差波束对应的数据Δ1～Δ4的每个chirp数据依次进行一维加窗处理和一维FFT运算，得到每个和波束对应的一维FFT运算数据和每个差波束对应的一维FFT运算数据，积累完成一帧后，再对每个和波束对应的一维FFT运算数据和每个差波束对应的一维FFT运算数据依次进行二维加窗处理和二维FFT运算，结果记为四个和波束对应的二维FFT运算数据Σfft1～Σfft4，四个差波束对应的二维FFT运算数据Δfft1～Δfft4。
图7为本发明实施例中步骤S403的细化步骤的实现流程示意图，如图7所示，步骤S403包括：
步骤S701：获取每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据的数据矩阵，并将数据矩阵的行向量数目L作为多普勒通道数目L，其中，L为正整数；
步骤S702：选取L个多普勒通道中的每个多普勒通道对应的补偿相位，并依据每个多普勒通道对应的补偿相位，确定相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据。
在一实施例中，对差波束的四路接收数据Δfft1～Δfft4做多普勒补偿，补偿方法如下：
假设每个接收数据矩阵大小为L×K，其中，L为多普勒通道个数，K为距离通道个数，则对第0～(L/2-1)个多普勒通道，每个多普勒通道内的数据补偿相位为
Figure BDA0003082389460000081
i为第i个多普勒通道，即i＝0～(L/2-1)，此时补偿后的结果为：
Figure BDA0003082389460000082
对第L/2～(L-1)个多普勒通道，每个多普勒通道内的数据补偿相位为φ＝-2π·((i-L)/2+L)/L，i为第i个多普勒通道，即i＝L/2～(L-1)，此时补偿后的结果为：
Δfft(L/2～(L-1)多普勒通道)＝Δfft(L/2～(L-1)多普勒通道)·exp(jφ)
图8为本发明实施例中步骤S404的细化步骤的实现流程示意图，如图8所示，步骤S404包括：
步骤S801：对每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行非相参积累，得到非相参积累结果；
步骤S802：对非相参积累结果进行恒虚警检测，得到k个运动目标。
在一实施例中，对Σfft1～Σfft4以及相位补偿后的差波束对应的二维FFT运算数据Δfft1～Δfft4进行非相参积累，通过这一步的非相参积累可以实现利用和波束来提高增益、利用差波束来宽展FOV，将和波束以及差波束的各自优势集中汇总起来，假设非相参积累结果是矩阵A，矩阵A的大小与四个和波束对应的数据数据Σ1～Σ4、相位补偿后的差波束对应的二维FFT运算数据Δfft1～Δfft4相同，即L×K，矩阵A表示如下：
Figure BDA0003082389460000091
进一步地，恒虚警检测技术(CFAR，Constant False-Alarm Rate)是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。恒虚警检测器首先对输入的噪声进行处理后确定一个门限，将此门限与输入端信号相比，如输入端信号超过了此门限，则判为有目标，否则，判为无目标。一般信号由信号源发出，在传播的过程中受到各种干扰，到达接收机后经过处理，输出到检测器，然后检测器根据适当的准则对输入的信号做出判决。本申请基于矩阵A做CFAR检测，将大于预定检测门限的k个运动目标检测出来。
图9为本发明实施例中步骤S405的细化步骤的实现流程示意图，如图9所示，步骤S405包括：
步骤S901：对k个运动目标中的每个运动目标进行二进制解调，得到k个运动目标中的每个运动目标的速度和距离；
步骤S902：对k个运动目标中的每个运动目标进行到达角处理，得到k个运动目标中的每个运动目标的方位角。
在一实施例中，目标参数包括速度、距离和方位角。
图10为本发明实施例中步骤S901的细化步骤的实现流程示意图，如图10所示，步骤S901包括：
步骤S1001：获取k个运动目标中的每个运动目标在非相参积累结果中的坐标，其中，坐标包括横坐标和纵坐标；
步骤S1002：将k个运动目标中的每个运动目标在非相参积累结果中的横坐标作为每个运动目标对应的多普勒通道索引号，以及将k个运动目标中的每个运动目标在非相参积累结果中的纵坐标作为每个运动目标对应的距离通道索引号；
步骤S1003：获取阵列雷达速度分辨单元参数和阵列雷达距离分辨单元参数；
步骤S1004：将每个运动目标对应的多普勒通道索引号与阵列雷达速度分辨单元参数相乘，得到每个运动目标的速度；
步骤S1005：将每个运动目标对应的距离通道索引号与阵列雷达距离分辨单元参数相乘，得到每个运动目标的距离。
在一实施例中，对于每一个检测出来的运动目标，可以根据该运动目标在A矩阵中的位置计算得到运动目标的距离和速度，假设某一个运动目标在A矩阵中的坐标为(l,m)，其中，l为多普勒通道索引号，m为距离通道索引号，则运动目标的速度V和距离R可通过下面的公式确定，具体如下：
V＝l·dv
R＝m·dr
其中，dv是阵列雷达速度分辨单元参数，dr是阵列雷达距离分辨单元参数，均由雷达系统设计参数决定。
图11为本发明实施例中步骤S902的细化步骤的实现流程示意图，如图11所示，步骤S902包括：
步骤S1101：获取相邻两个和波束对应的数据和差波束对应的数据之间的相位偏差；
步骤S1102：利用相位偏差对v个差波束对应的数据中的每个运动目标在非相参积累结果中的坐标进行相位补偿，得到补偿后的v个差波束对应的数据；
步骤S1103：对v个和波束对应的数据和补偿后的v个差波束对应的数据进行计算，确定每个运动目标在2v个虚拟通道中的每个虚拟通道中的幅度和相位信息；
步骤S1104：根据阵列雷达形成的2v个虚拟接收天线阵列的排布顺序，对2v个虚拟通道中的每个虚拟通道中的幅度和相位信息进行重排，得到重排后的2v个虚拟通道的幅度和相位信息；
步骤S1105：对重排后的2v个虚拟通道的幅度和相位信息进行快速傅立叶变换，得到重排后的2v个虚拟通道的幅度和相位信息对应的频谱；
步骤S1106：选取频谱中的峰值位置对应的方位角，并将峰值位置对应的方位角作为每个运动目标的方位角。
在一实施例中，解算出运动目标的速度和距离后，还需要进一步做DOA处理解算运动目标的方位角。以两个发射、四个接收的阵列雷达为例，方位角解算的原理是利用8路虚拟接收通道之间的相位差来计算得到。首先需要补偿的运动目标因以速度V运动时带来的和波束以及差波束之间的相位偏差，假设得到该相位偏差是θ，则对差波束的四路接收数据中的运动目标所在坐标上的数据做补偿：
Δffti(l,m)＝Δffti(l,m)·exp(-jθ)；i＝1,2,3,4
补偿完后，再获得运动目标在8个虚拟接收通道内的各自的相位信息，方法如下：
Rxi＝Σffti(l,m)+Δffti(l,m)；i＝1,2,3,4
Rxi+4＝Σffti(l,m)-Δffti(l,m)；i＝1,2,3,4
上式中，Rxi为运动目标在第i个虚拟通道内的幅度和相位信息。
进一步地，获得8个虚拟接收通道的幅度和相位信息后，再根据天线阵列排布顺序，对这8个虚拟通道的数据进行重排，形成如下序列：
{Rx1,Rx5,Rx2,Rx6,Rx3,Rx7,Rx4,Rx8}
对该序列做FFT处理，得到重排后的8个虚拟通道的幅度和相位信息对应的频谱，根据频谱上的峰值位置确定对应的方位角，目标参数解算就完成了，获得了运动目标的速度、距离和方位角。
图12为本发明实施例中步骤S101之前的步骤的实现流程示意图，如图12所示，步骤S101包括：
步骤S1201：为u个发射信号配置不同的初始相位序列；
步骤S1202：发射配置不同的初始相位序列的u个发射信号。
在一实施例中，当选定优化的天线阵列形式后，对两个发射天线Tx1和Tx2分别对应的两路发射信号设置不同的初始相位：
Tx1的初始相位序列：{0,0,0,0,...0,0}
Tx2的初始相位序列：{0,π,0,π,...0,π}
雷达发射信号时Tx1和Tx2同时开启，且Tx1的初始相位与Tx2的初始相位按照上述序列来配置，形成如图13所示的和波束对应的数据及差波束对应的数据，和波束对应的数据及差波束对应的数据间隔排列，其中，Σ表示和波束对应的数据，Δ表示差波束对应的数据。
以单个天线阵元全向发射和接收方向为例加以说明，如图14可见，相比较于常规单个发射天线，和波束可以带来更高的增益，但损失了波束宽度，差波束展宽了波束宽度，但损失了法线方向上的增益，甚至形成了较大的凹陷，而如果采用二进制相位调制后将和波束与差波束积累起来，可以形成既能有效提高增益水平又能扩展波束宽度的效果，也就是说可以在提高雷达作用距离的同时又扩大了FOV。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在一个实施例中，如图15所示，提供了一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪装置，包括：接收模块1501、目标参数确定模块1502和运动轨迹确定模块1503，其中：
接收模块1501，用于接收由u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束，其中，u个发射信号是由u个发射天线以同向和反相交替的方式进行发射的，其中，u个发射天线与u个发射信号一一对应；
目标参数确定模块1502，用于根据v个和波束和v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数，其中，u、v和k均为正整数；
运动轨迹确定模块1503，用于对每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹。
在一实施例中，目标参数确定模块1502，包括：
数据提取子模块，用于获取v个和波束和v个差波束，并提取v个和波束中的每个和波束对应的数据以及v个差波束中的每个差波束对应的数据；
FFT运算子模块，用于依次对每个和波束对应的数据和每个差波束对应的数据进行一维快速傅立叶变换、二维快速傅立叶变换，得到每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据；
相位补偿子模块，用于对每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行多普勒补偿，得到相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据；
运动目标获取子模块，用于依次对每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行非相参积累、恒虚警检测，得到k个运动目标；
目标参数确定子模块，用于对k个运动目标中的每个运动目标分别进行二进制解调和到达角处理，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数。
在一实施例中，FFT运算子模块，包括：
一维FFT运算单元，用于对每个和波束对应的数据和每个差波束对应的数据进行一维快速傅立叶变换，得到每个和波束对应的一维快速傅立叶变换数据和每个差波束对应的一维快速傅立叶变换数据；
二维FFT运算单元，用于对每个和波束对应的一维快速傅立叶变换数据和每个差波束对应的一维快速傅立叶变换数据进行二维快速傅立叶变换，得到每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据。
在一实施例中，相位补偿子模块，包括：
数据矩阵获取单元，用于获取每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据的数据矩阵，并将数据矩阵的行向量数目L作为多普勒通道数目L，其中，L为正整数；
相位补偿单元，用于选取L个多普勒通道中的每个多普勒通道对应的补偿相位，并依据每个多普勒通道对应的补偿相位，确定相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据。
在一实施例中，运动目标获取子模块，包括：
非相参积累单元，用于对每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行非相参积累，得到非相参积累结果；
CFAR检测单元，用于对非相参积累结果进行恒虚警检测，得到k个运动目标。
在一实施例中，目标参数包括速度、距离和方位角；
目标参数确定子模块，包括：
二进制解调单元，用于对k个运动目标中的每个运动目标进行二进制解调，得到k个运动目标中的每个运动目标的速度和距离；
DOA处理单元，用于对k个运动目标中的每个运动目标进行到达角处理，得到k个运动目标中的每个运动目标的方位角。
在一实施例中，二进制解调单元，包括：
坐标获取子单元，用于获取k个运动目标中的每个运动目标在非相参积累结果中的坐标，其中，坐标包括横坐标和纵坐标；
索引号确定子单元，用于将k个运动目标中的每个运动目标在非相参积累结果中的横坐标作为每个运动目标对应的多普勒通道索引号，以及将k个运动目标中的每个运动目标在非相参积累结果中的纵坐标作为每个运动目标对应的距离通道索引号；
雷达参数获取子单元，用于获取阵列雷达速度分辨单元参数和阵列雷达距离分辨单元参数；
速度计算子单元，用于将每个运动目标对应的多普勒通道索引号与阵列雷达速度分辨单元参数相乘，得到每个运动目标的速度；
距离计算子单元，用于将每个运动目标对应的距离通道索引号与阵列雷达距离分辨单元参数相乘，得到每个运动目标的距离。
在一实施例中，DOA处理单元，包括：
相位偏差获取子单元，用于获取相邻两个和波束对应的数据和差波束对应的数据之间的相位偏差；
相位补偿子单元，用于利用相位偏差对v个差波束对应的数据中的每个运动目标在非相参积累结果中的坐标进行相位补偿，得到补偿后的v个差波束对应的数据；
虚拟通道参数确定子单元，用于对v个和波束对应的数据和补偿后的v个差波束对应的数据进行计算，确定每个运动目标在2v个虚拟通道中的每个虚拟通道中的幅度和相位信息；
数据排列子单元，用于根据阵列雷达形成的2v个虚拟接收天线阵列的排布顺序，对2v个虚拟通道中的每个虚拟通道中的幅度和相位信息进行重排，得到重排后的2v个虚拟通道的幅度和相位信息；
FFT处理子单元，用于对重排后的2v个虚拟通道的幅度和相位信息进行快速傅立叶变换，得到重排后的2v个虚拟通道的幅度和相位信息对应的频谱；
方位角确定子单元，用于选取频谱中的峰值位置对应的方位角，并将峰值位置对应的方位角作为每个运动目标的方位角。
在一实施例中，接收模块1501之前，还包括：
初始相位配置模块，用于为u个发射信号配置不同的初始相位序列；
信号发射模块，用于发射配置不同的初始相位序列的u个发射信号。
图16是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图16所示，该实施例的终端设备16包括：处理器1601、存储器1602以及存储在存储器1602中并可在处理器1601上运行的计算机程序1603。处理器1601执行计算机程序1603时实现上述各个二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S103。或者，处理器1601执行计算机程序1603时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图15所示模块1501至1503的功能。
示例性的，计算机程序1603可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器1602中，并由处理器1601执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序1603在终端设备16中的执行过程。例如，计算机程序1603可以被分割成接收模块、目标参数确定模块和运动轨迹确定模块，各模块具体功能如下：
接收模块，用于接收由u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束，其中，u个发射信号是由u个发射天线以同向和反相交替的方式进行发射的，其中，u个发射天线与u个发射信号一一对应；
目标参数确定模块，用于根据v个和波束和v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数，其中，u、v和k均为正整数；
运动轨迹确定模块，用于对每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹。
终端设备16可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。16终端设备可包括，但不仅限于，处理器1601、存储器1602。本领域技术人员可以理解，图16仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，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，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器1601可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，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 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、分立硬件组件等。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1602可以是终端设备16的内部存储单元，例如终端设备16的硬盘或内存。存储器1602也可以是终端设备16的外部存储设备，例如终端设备16上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。进一步地，存储器1602还可以既包括终端设备16的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器1602用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器1602还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
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，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，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单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，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，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讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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。
另外，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单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法，其特征在于，包括：
接收由u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束，其中，所述u个发射信号是由u个发射天线以同相和反相交替的方式发射，所述u个发射天线与所述u个发射信号一一对应；
根据所述v个和波束和所述v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数，其中，v、u和k均为正整数；
对所述每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹；
其中，所述根据所述v个和波束和所述v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数，包括：
获取所述v个和波束和所述v个差波束，并提取所述v个和波束中的每个和波束对应的数据以及所述v个差波束中的每个差波束对应的数据；
依次对所述每个和波束对应的数据和所述每个差波束对应的数据进行一维快速傅立叶变换、二维快速傅立叶变换，得到所述每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和所述每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据；
对所述每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行多普勒补偿，得到相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据；
依次对所述每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和所述相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行非相参积累、恒虚警检测，得到k个运动目标；
对所述k个运动目标中的每个运动目标分别进行二进制解调和到达角处理，得到所述k个运动目标中的每个运动目标的目标参数。
2.如权利要求1所述的二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法，其特征在于，所述依次对所述每个和波束对应的数据和所述每个差波束对应的数据进行一维快速傅立叶变换、二维快速傅立叶变换，得到所述每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和所述每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据，包括：
对所述每个和波束对应的数据和所述每个差波束对应的数据进行一维快速傅立叶变换，得到所述每个和波束对应的一维快速傅立叶变换数据和所述每个差波束对应的一维快速傅立叶变换数据；
对所述每个和波束对应的一维快速傅立叶变换数据和所述每个差波束对应的一维快速傅立叶变换数据进行二维快速傅立叶变换，得到所述每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和所述每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据。
3.如权利要求2所述的二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法，其特征在于，所述对所述每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行多普勒补偿，得到相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据，包括：
获取所述每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据的数据矩阵，并将所述数据矩阵的行向量数目L作为多普勒通道数目L，其中，L为正整数；
选取L个多普勒通道中的每个多普勒通道对应的补偿相位，并依据所述每个多普勒通道对应的补偿相位，确定相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据。
4.如权利要求3所述的二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法，其特征在于，所述依次对所述每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和所述相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行非相参积累、恒虚警检测，得到k个运动目标，包括：
对所述每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和所述相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行非相参积累，得到非相参积累结果；
对所述非相参积累结果进行恒虚警检测，得到k个运动目标。
5.如权利要求4所述的二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法，其特征在于，所述目标参数包括速度、距离和方位角；
所述对所述k个运动目标中的每个运动目标分别进行二进制解调和到达角处理，得到所述k个运动目标中的每个运动目标的目标参数，包括：
对所述k个运动目标中的每个运动目标进行二进制解调，得到所述k个运动目标中的每个运动目标的速度和距离；
对所述k个运动目标中的每个运动目标进行到达角处理，得到所述k个运动目标中的每个运动目标的方位角。
6.如权利要求5所述的二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法，其特征在于，所述对所述k个运动目标中的每个运动目标进行二进制解调，得到所述k个运动目标中的每个运动目标的速度和距离，包括：
获取所述k个运动目标中的每个运动目标在所述非相参积累结果中的坐标，其中，所述坐标包括横坐标和纵坐标；
将所述k个运动目标中的每个运动目标在所述非相参积累结果中的横坐标作为所述每个运动目标对应的多普勒通道索引号，以及将所述k个运动目标中的每个运动目标在所述非相参积累结果中的纵坐标作为所述每个运动目标对应的距离通道索引号；
获取阵列雷达速度分辨单元参数和阵列雷达距离分辨单元参数；
将所述每个运动目标对应的多普勒通道索引号与所述阵列雷达速度分辨单元参数相乘，得到所述每个运动目标的速度；
将所述每个运动目标对应的距离通道索引号与所述阵列雷达距离分辨单元参数相乘，得到所述每个运动目标的距离。
7.如权利要求6所述的二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法，其特征在于，所述对所述k个运动目标中的每个运动目标进行到达角处理，得到所述k个运动目标中的每个运动目标的方位角，包括：
获取相邻两个和波束对应的数据和差波束对应的数据之间的相位偏差；
利用所述相位偏差对所述v个差波束对应的数据中的每个运动目标在所述非相参积累结果中的坐标进行相位补偿，得到补偿后的v个差波束对应的数据；
对所述v个和波束对应的数据和所述补偿后的v个差波束对应的数据进行计算，确定所述每个运动目标在2v个虚拟通道中的每个虚拟通道中的幅度和相位信息；
根据阵列雷达形成的2v个虚拟接收天线阵列的排布顺序，对所述2v个虚拟通道中的每个虚拟通道中的幅度和相位信息进行重排，得到重排后的2v个虚拟通道的幅度和相位信息；
对所述重排后的2v个虚拟通道的幅度和相位信息进行快速傅立叶变换，得到重排后的2v个虚拟通道的幅度和相位信息对应的频谱；
选取所述频谱中的峰值位置对应的方位角，并将所述峰值位置对应的方位角作为所述每个运动目标的方位角。
8.如权利要求1-7任一项所述的二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪方法，其特征在于，所述接收所述u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束之前，还包括：
为所述u个发射信号配置不同的初始相位序列；
发射配置不同的初始相位序列的所述u个发射信号。
9.一种二进制相位调制阵列雷达的目标跟踪装置，其特征在于，所述装置包括：
接收模块，用于接收由所述u个发射信号在空间合成的间隔排列的v个和波束和v个差波束，其中，所述u个发射信号是由u个发射天线以同相和反相交替的方式进行发射的，其中，所述u个发射天线与所述u个发射信号一一对应；
目标参数确定模块，用于根据所述v个和波束和所述v个差波束，得到k个运动目标中的每个运动目标的目标参数，其中，u、v和k均为正整数；
运动轨迹确定模块，用于对所述每个运动目标的目标参数进行跟踪滤波，确定每个运动目标的运动轨迹；
其中，所述目标参数确定模块，包括：
数据提取子模块，用于获取所述v个和波束和所述v个差波束，并提取所述v个和波束中的每个和波束对应的数据以及所述v个差波束中的每个差波束对应的数据；
FFT运算子模块，用于依次对所述每个和波束对应的数据和所述每个差波束对应的数据进行一维快速傅立叶变换、二维快速傅立叶变换，得到所述每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和所述每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据；
相位补偿子模块，用于对所述每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行多普勒补偿，得到相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据；
运动目标获取子模块，用于依次对所述每个和波束对应的二维快速傅立叶变换数据和所述相位补偿后的每个差波束对应的二维快速傅立叶变换数据进行非相参积累、恒虚警检测，得到k个运动目标；
目标参数确定子模块，用于对所述k个运动目标中的每个运动目标分别进行二进制解调和到达角处理，得到所述k个运动目标中的每个运动目标的目标参数。
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