CN115524680A - 预期mimo雷达系统的获取/角度的估计方法、系统、设备及介质 - Google Patents

预期mimo雷达系统的获取/角度的估计方法、系统、设备及介质 Download PDF

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CN115524680A CN202111256832.6A CN202111256832A CN115524680A CN 115524680 A CN115524680 A CN 115524680A CN 202111256832 A CN202111256832 A CN 202111256832A CN 115524680 A CN115524680 A CN 115524680A
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Abstract

本发明提供一种预期MIMO雷达系统的获取/角度的估计方法、系统、设备及介质，角度的估计方法，通过所述预期MIMO雷达系统的获取方法获取的预期MIMO雷达系统，用于估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度；所述角度的估计方法包括：合成预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列，并检测预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能；选取预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中的虚拟阵元，以生成虚拟天线子阵列，检测虚拟天线子阵列的性能；将虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；从合成后的性能中估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度。本发明解决旁瓣较高带来的角度测量多值问题，提高角度分辨率和目标方位角度的测量精度。

Description

预期MIMO雷达系统的获取/角度的估计方法、系统、设备及 介质
技术领域
本发明属于雷达天线技术领域，涉及一种估计方法和系统，特别是涉及一种预期MIMO雷达系统的获取/角度的估计方法、系统、设备及介质。
背景技术
汽车毫米波雷达获取目标方位角，通常采用最大似然估计(Maximum likelihoodestimation，MLE)、FFT(Fast Fourier Transform)、DBF(Digital BeamForming)等，决定角度测量精度的一个关键因素为天线孔径长度。天线孔径越长，则角度分辨率越高，进而角度精度越好。多入多出(MIMO)雷达是近年来新兴的一种雷达技术，MIMO雷达在发射端采用多个发射天线，通过发射正交波形，多个发射天线在天线接收端等效合成一个较大的虚拟接收阵列，进一步，通过稀疏阵列来提高MIMO雷达的虚拟合成孔径，从而提高雷达角度测量能力。但过分的稀疏会导致高旁瓣出现，导致角度测量出现多值现象。
目前为了缩短阵元间距，设计冗余虚拟阵元，保证FOV内低旁瓣，冗余设计可以很好保证旁瓣的高度，但会导致在相同阵元的条件下，牺牲阵列长度，损失角度分辨率进而降低角度测量精度。为了进一步提高阵列有效长度，目前采用以下措施，解决阵长增加带来的高旁瓣问题。一是设置多组天线布局，通过开关切换，保证不同布局旁瓣位置不同，解决旁瓣问题。但是，增加天线布局形式，会导致增加雷达尺寸、天线单体数量、雷达成本以及设计的复杂度。二是通过天线角度振幅差异，解决角度多值问题,。但是，天线方向图振幅偏转，会降低某些角度能量(例如正前方角度)，损失信噪比，进而影响角度测量精度。
因此，如何提供一种预期MIMO雷达系统的获取/角度的估计方法、系统、设备及介质，以解决现有技术中MIMO雷达稀疏布阵后旁瓣过高导致的角度多值性问题，导致无法精确测量方位角度等缺陷，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种预期MIMO雷达系统的获取/角度的估计方法、系统、设备及介质，用于解决现有技术中MIMO雷达稀疏布阵后旁瓣过高导致的角度多值性问题，导致无法精确测量方位角度的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种预期MIMO雷达系统的获取方法，从若干MIMO雷达系统中获取预期MIMO雷达系统；所述预期MIMO雷达系统的获取方法包括：遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能；针对每一合成的虚拟天线主阵列对其虚拟阵元进行随机选取，以生成虚拟天线子阵列，并检测所生成的虚拟天线子阵列的性能；将合成的虚拟天线主阵列的性能和与之对应的虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统。
于本发明的一实施例中，所述虚拟天线主阵列的性能通过虚拟天线主阵列的虚拟列阵角度谱表征；所述虚拟天线子阵列的性能通过虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱表征。
于本发明的一实施例中，遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能的步骤包括：遍历发射天线和接收天线的位置，获得若干MIMO雷达系统；依据每一MIMO雷达系统发射天线和接收天线的位置，合成MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列。
于本发明的一实施例中，检测所述虚拟天线主阵列的性能的步骤包括：扫描虚拟天线主阵列于各个角度下的角度响应，以获取所述虚拟天线主阵列的虚拟阵列角度谱；检测所述虚拟天线子阵列的性能的步骤包括：扫描虚拟天线子阵列于各个角度下的角度响应，以获取所述虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱。
于本发明的一实施例中，所述预设的期望性能包括期望的水平分辨率和主旁瓣比；根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统的步骤包括：将合成后的水平分辨率和主旁瓣比与预设的水平分辨率和主旁瓣比进行比较，查找优于等于预设的水平分辨率和主旁瓣比的MIMO雷达系统，将该MIMO雷达系统定义为预期MIMO雷达系统。
于本发明的一实施例中，所述预期MIMO雷达系统的获取方法还包括判断是否遍历完毕所有MIMO雷达系统，若是，则结束进程；若否，则返回遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测所合成的虚拟天线主阵列的性能的步骤。
本发明另一方面提供一种目标方位角度的估计方法，应用于通过所述预期MIMO雷达系统的获取方法获取的预期MIMO雷达系统，用于估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度；所述目标方位角度的估计方法包括：合成预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列，并检测所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能；选取所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中的虚拟阵元，以生成虚拟天线子阵列，检测所述虚拟天线子阵列的性能；将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；从合成后的性能中估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度。
本发明再一方面提供一种预期MIMO雷达系统的获取系统，从若干MIMO雷达系统中获取；所述预期MIMO雷达系统的获取系统包括：第一合成模块，用于遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能；第一生成模块，用于针对每一合成的虚拟天线主阵列对其虚拟阵元进行随机选取，以生成虚拟天线子阵列，并检测所生成的虚拟天线子阵列的性能；第二合成模块，用于将合成的虚拟天线主阵列的性能和与之对应的虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；获取模块，用于根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统。
本发明又一方面提供一种角度的估计系统，应用于通过所述预期MIMO雷达系统的获取系统获取的预期MIMO雷达系统，用于估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度；所述目标方位角度的估计系统包括：第三合成模块，用于合成预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列，并检测所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能；第二生成模块，用于选取所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中的虚拟阵元，以生成虚拟天线子阵列，检测所述虚拟天线子阵列的性能；第四合成模块，用于将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；估计模块，用于从合成后的性能中估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度。
本发明还有一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述预期MIMO雷达系统的获取方法和/或实现所述目标方位角度的估计方法。
本发明最后一方面提供一种设备，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行所述预期MIMO雷达系统的获取方法和/或执行所述目标方位角度的估计方法。
如上所述，本发明所述的目标方位角度的估计方法、系统、设备及计算机存储介质，具有以下有益效果：
本发明所述预期MIMO雷达系统的获取方法/系统可以合理设计发射天线阵列和接收天线阵列，所述目标方位角度的估计方法/系统可以在毫米波雷达发射天线和接收天线数量一定的情况下，无需布置多重天线布局，增加开关切换，也无需约束天线方向图谱形状，损失部分方位能量，通过合理的设计发射天线阵及接收天线阵，MIMO后获得虚拟接收天线阵列，不改变既定的天线发射方向图的条件下，尽可能的增加天线虚拟孔径长度，解决旁瓣较高带来的角度测量多值问题，提高角度分辨率和目标方位角度的测量精度。
附图说明
图1显示为本发明的预期MIMO雷达系统的获取方法于一实施例中的流程示意图。
图2显示为本发明的MIMO雷达系统示例图。
图3显示为本发明的目标方位角度的估计方法于一实施例中的流程示意图。
图4显示为本发明的合成的预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列示例图。
图5显示为本发明的预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的角度谱的曲线示意图。
图6显示为本发明的基于图4所示虚拟天线主阵列合成的虚拟天线子阵列示例图。
图7显示为本发明的图6所示虚拟天线子阵列的角度谱的曲线示意图。
图8显示为本发明的图5所示虚拟天线主阵列的角度谱和图7所示虚拟天线子阵列的角度谱合成的角度谱的曲线示意图。
图9A显示为本发明的预期MIMO雷达系统的获取系统于一实施例中的原理结构示意图。
图9B显示为本发明的目标方位角度的估计系统于一实施例中的原理结构示意图。
元件标号说明
Figure BDA0003324377020000041
Figure BDA0003324377020000051
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明所述目标方位角度的估计方法、系统、设备及计算机存储介质的技术原理如下：
首先确定发射天线和接收天线数量，设置期望的水平分辨率和主旁瓣比可接受最低值，以此作为虚拟阵列排布判别准则；对天线平面内发射天线和接收天线的所有可能位置进行遍历，并依据发射天线和接收天线的位置，合成虚拟天线主阵列；扫描主阵列各角度下方位角度响应，获取角度谱，在主阵列基础上，生成所有可能的子阵列，扫描子阵列各角度下方位角度响应，获取子阵列角度谱，分别与主阵列角度谱合成，得到综合角度谱，判断是否满足分辨率及主旁瓣比，若满足输出此天线排布。最终优选出一组满足期望条件的发射天线和接收天线位置。
实施例一
本实施例提供一种预期MIMO雷达系统的获取方法，从若干MIMO雷达系统中获取预期MIMO雷达系统；所述预期MIMO雷达系统的获取方法包括：
遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能；
针对每一合成的虚拟天线主阵列对其虚拟阵元进行随机选取，以生成虚拟天线子阵列，并检测所生成的虚拟天线子阵列的性能；
将合成的虚拟天线主阵列的性能和与之对应的虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；
根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统。
以下将结合图示对本实施例所提供的预期MIMO雷达系统的获取方法进行详细描述。本实施例所述预期MIMO雷达系统的获取方法可以从若干MIMO雷达系统中获取预期MIMO雷达系统。请参阅图1，显示为预期MIMO雷达系统的获取方法于一实施例中的流程示意图。如图1所示，所述预期MIMO雷达系统的获取方法具体包括以下步骤：
S11，遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能。
具体地，所述S11包括：遍历发射天线和接收天线的位置，获得若干MIMO雷达系统；依据每一MIMO雷达系统发射天线和接收天线的位置，选取发射天线及随机选取接收天线，使选取的发射天线和接收天线组成虚拟阵元，将所有虚拟阵元合成MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列。
例如，图2所示MIMO雷达系统示例图，所述MIMO雷达系统1包括发射阵列和接收阵列，发射阵列由发射天线Tx组成，接收阵列由接收天线Rx组成。其中，发射阵列以Tx1为基准参考点，横向沿中心线排布Tx2，Tx3，其中Tx2与Tx1间隔5倍波长，Tx3与Tx1间距10.5个波长；接收阵列以Rx1为基准参考点，横向沿中心线排布Rx2、Rx3、Rx4；其中Rx2与Rx1间隔4倍波长，Rx3与Rx1间隔6倍波长，Rx4与Rx1间隔8倍波长。若需要雷达具备俯仰测量能力，可选的将某发射天线Tx或某接收天线Rx以中心位置向上或者向下移动。
在本实施例中，所述MIMO雷达系统以一定的正交体制发射多组信号例如TDM(time-division multiplexing)/CDM(code-division multiplexing)等正交信号，接收天线接收目标回波信号，经过混频、放大滤波后通过模数转换获得数字信号，进而通过信号预处理，例如距离维度FFT和速度维FFT，得到每个目标的距离和速度值；同一根发射天线发射信号，经由目标反射，由接收天线阵列接收，经过不同的波程后，各接收天线产生相位差，此相位差反应在回波信号与本振信号混频后的中频信号中；所述的相位差由目标方位角度决定。以阵元间距为d1的N元等间距线阵为例，各接收阵元由于角度不同产生的相位为：
Figure BDA0003324377020000061
其中：θ＝[θ0，θ1，…，θn]为预设搜索角度集合。
在本实施例中，所述虚拟天线主阵列的性能通过虚拟天线主阵列的虚拟列阵角度谱表征。
检测合成的虚拟天线主阵列的性能的步骤具体包括：获取虚拟天线主阵列于各位置处的二维频谱幅度和相位复数值，并将二维频谱幅度和相位复数值送入预存角度估计器，角度估计器依据虚拟主阵列的发射天线和接收天线将二维频谱幅度和相位复数送入对应的位置，得到阵列相应输入x(t)，扫描各个角度下虚拟阵列响应，获取虚拟天线主阵列的角度谱y(t)，y(t)＝x(t)a1(θ)。
S12，针对每一合成的虚拟天线主阵列对其虚拟阵元进行随机选取，以生成虚拟天线子阵列，并检测所生成的虚拟天线子阵列的性能。
在本实施例中，所述虚拟天线子阵列的性能通过虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱表征。
在本实施例中，所述S12中检测所述虚拟天线子阵列的性能的步骤包括：
获取虚拟天线子阵列于各位置处的二维频谱幅度和相位复数值，并将二维频谱幅度和相位复数值送入预存角度估计器，角度估计器依据虚拟子阵列的发射天线和接收天线将二维频谱幅度和相位复数送入对应的位置，扫描各个角度下虚拟阵列响应，获取虚拟天线子阵列的角度谱。
S13，将合成的虚拟天线主阵列的性能和与之对应的虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能。
在本实施例中，将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成是指将虚拟天线主阵列的虚拟阵列角度谱和虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱相加或相乘，形成合成的角度谱。
S14，根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统。在本实施例中，所述预设的期望性能包括期望的水平分辨率和主旁瓣比。
所述S14包括：将合成后的水平分辨率和主旁瓣比与预设的水平分辨率和主旁瓣比进行比较，查找大于等于预设的水平分辨率和主旁瓣比的MIMO雷达系统，将该MIMO雷达系统定义为预期MIMO雷达系统，例如，如图2所示的MIMO雷达系统的合成后的水平分辨率和主旁瓣比忧郁预设的水平分辨率和主旁瓣比，则该MIMO雷达系统可定义为预期MIMO雷达系统。
S15，判断是否遍历完毕所有MIMO雷达系统，若是，则结束进程；若否，则返回S11，即返回遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测所合成的虚拟天线主阵列的性能的步骤。
本实施例还提供一种目标方位角度的估计方法，应用于通过所述预期MIMO雷达系统的获取方法获取的预期MIMO雷达系统；所述目标方位角度的估计方法包括：
合成预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列，并检测所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能；
选取所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中的虚拟阵元，以生成虚拟天线子阵列，检测所述虚拟天线子阵列的性能；
将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；
从合成后的性能中估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度。
以下将结合图示对本实施例所提供的目标方位角度的估计方法进行详细描述。本实施例所述目标方位角度的估计方法用于估计通过所述预期MIMO雷达系统的获取方法获取的预期MIMO雷达系统的目标方位角度。
请参阅图3，显示为目标方位角度的估计方法于一实施例中的流程示意图。如图3所示，所述目标方位角度的估计方法具体包括以下步骤：
S31，合成预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列，并检测所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能。在本实施例中，所述虚拟天线主阵列的性能通过虚拟天线主阵列的虚拟列阵角度谱表征。
具体地，随机选取发射天线Tx及随机选取接收天线Rx，使随机选取的发射天线Tx和接收天线Rx组成虚拟阵元，将所有虚拟阵元组合为预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列。
例如，从如图2所示的发射天线Tx1、Tx2、Tx3中进行随机抽取，从接收天线Rx1、Rx2、Rx3、Rx4中随机抽取，其中，Tx1与Rx1形成图4所示虚拟天线主阵列的虚拟阵元1，Tx1与Rx2形成虚拟阵元2，Tx1与Rx3形成虚拟阵元3，Tx1与Rx4形成虚拟阵元4，Tx2与Rx1形成虚拟阵元5，以此类推，Tx3与Rx1形成虚拟阵元9，Tx3与Rx4形成虚拟阵元12。
具体地，S31中检测所述虚拟天线主阵列的性能的步骤包括：
获取预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列于各位置处的二维频谱幅度和相位复数值，并将二维频谱幅度和相位复数值送入预存角度估计器，角度估计器依据虚拟主阵列的发射天线和接收天线将二维频谱幅度和相位复数送入对应的位置，扫描各个角度下虚拟阵列响应，获取虚拟天线主阵列的角度谱。请参阅图5，显示为预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的角度谱的曲线示意图。
S32，随机选取所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中的虚拟阵元，以生成虚拟天线子阵列，检测所述虚拟天线子阵列的性能。在本实施例中，所述虚拟天线子阵列的性能通过虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱表征。在本实施例中，通过组合不同的虚拟阵元，获取两组或更多不同旁瓣位置的接收阵列，以解决目标方位角多值问题。
在本实施例中，至少从所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中选取2个虚拟阵元，来生成虚拟天线子阵列。例如，如图6所示，该虚拟天线子阵列是从图4所示虚拟天线主阵列中抽取虚拟阵元1，2，3，4，5，6，7和8组成虚拟天线子阵列。
在本实施例中，所述S22中检测所述虚拟天线子阵列的性能的步骤包括：
获取虚拟天线子阵列于各位置处的二维频谱幅度和相位复数值，并将二维频谱幅度和相位复数值送入预存角度估计器，角度估计器依据虚拟子阵列的发射天线和接收天线将二维频谱幅度和相位复数送入对应的位置，扫描各个角度下虚拟阵列响应，获取虚拟天线子阵列的角度谱。请参阅图7，显示为图6所示虚拟天线子阵列的角度谱的曲线示意图。
S33，将所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能。
在本实施例中，将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成是指将虚拟天线主阵列的虚拟阵列角度谱和虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱相加或相乘，形成合成的角度谱。如图8所示的合成的角度谱的曲线示意图为如图5所示虚拟天线主阵列的角度谱和如图7所示虚拟天线子阵列的角度谱相乘而成。
S34，从合成后的性能中估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度。在本实施例中，将两组或以上的角度方位谱函数综合，利用各虚拟阵列旁瓣位置的差异性，获取最终准确角度方位谱，最大峰值即为目标角度估计。例如，以图8为例，目标实际角度在0°，通过合成角度谱可以看到，仅仅在扫描角度0°处存在唯一主峰值，即为阵列估计的角度值。
具体地，S34利用快速傅里叶变换(FFT)方法、数字波束合成(DBF)方法、超分辨率测角(DML)方法等目标方位角度获取方法，于合成的角度谱中获取最大的目标方位角。
由于各组虚拟阵列稀疏后，天线阵元间距变大，可能产生较高的旁瓣，影响目标方位角度的估计。例如，如图5所示的天线布局下，当目标在雷达方位角为0°时，虚拟阵列主阵列除了0°最大值外，在雷达的视界(FoV)内(对于前雷达，FOV通常为±45°，对于角雷达，FOV通常为±75°),±35°附近出现一个相对较高的第一旁瓣。对于如图6所示虚拟天线子阵列，真实目标仍出现在0°方向，但第一旁瓣的位置与虚拟阵列1稍有差异。因此，将两组或以上的角度方位谱函数综合，利用各虚拟阵列旁瓣位置的差异性，获取最终准确角度方位谱，最大峰值即为目标角度估计。
本实施例所述预期MIMO雷达系统的获取方法可以合理设计发射天线阵列和接收天线阵列，所述目标方位角度的估计方法可以在毫米波雷达发射天线和接收天线数量一定的情况下，无需布置多重天线布局，增加开关切换，也无需约束天线方向图谱形状，损失部分方位能量，通过合理的设计发射天线阵及接收天线阵，MIMO后获得虚拟接收天线阵列，不改变既定的天线发射方向图的条件下，尽可能的增加天线虚拟孔径长度，解决旁瓣较高带来的角度测量多值问题，提高角度分辨率和目标方位角度的测量精度。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图1所述预期MIMO雷达系统的获取方法和/或如图3所述目标方位角度的估计方法。
在任何可能的技术细节结合层面，本申请可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本申请的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是(但不限于)电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。用于执行本申请操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本申请的各个方面。
实施例二
本实施例提供一种预期MIMO雷达系统的获取系统，从若干MIMO雷达系统中获取；所述预期MIMO雷达系统的获取系统包括：
第一合成模块，用于遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能；
第一生成模块，用于针对每一合成的虚拟天线主阵列对其虚拟阵元进行随机选取，以生成虚拟天线子阵列，并检测所生成的虚拟天线子阵列的性能；
第二合成模块，用于将合成的虚拟天线主阵列的性能和与之对应的虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；
获取模块，用于根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统。
本实施例还提供一种目标方位角度的估计系统，应用于所述预期MIMO雷达系统的获取系统获取的预期MIMO雷达系统，用于估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度；所述目标方位角度的估计系统包括：
第三整合模块，用于合成预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列，并检测所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能；
第二生成模块，用于选取所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中的虚拟阵元，以生成虚拟天线子阵列，检测所述虚拟天线子阵列的性能；
第四合成模块，用于将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；
估计模块，用于从合成后的性能中估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度。
以下将结合图示对本实施例所提供的预期MIMO雷达系统的获取系统和目标方位角度的估计系统进行详细描述。请参阅图9A和9B，分别显示为预期MIMO雷达系统的获取系统和目标方位角度的估计系统于一实施例中的原理结构示意图。如图9A所示，所述预期MIMO雷达系统91包括第一合成模块911、第一生成模块913、第二合成模块912、获取模块914及判断模块915。
所述第一合成模块911用于遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能。
具体地，所述第一合成模块911遍历发射天线和接收天线的位置，获得若干MIMO雷达系统；依据每一MIMO雷达系统发射天线和接收天线的位置，选取发射天线及随机选取接收天线，使选取的发射天线和接收天线组成虚拟阵元，将所有虚拟阵元合成MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列。
在本实施例中，所述虚拟天线主阵列的性能通过虚拟天线主阵列的虚拟列阵角度谱表征。
所述第一合成模块911检测合成的虚拟天线主阵列的性能的过程包括：获取虚拟天线主阵列于各位置处的二维频谱幅度和相位复数值，并将二维频谱幅度和相位复数值送入预存角度估计器，角度估计器依据虚拟主阵列的发射天线和接收天线将二维频谱幅度和相位复数送入对应的位置，扫描各个角度下虚拟阵列响应，获取虚拟天线主阵列的角度谱。
所述第一生成模块913用于针对每一合成的虚拟天线主阵列对其虚拟阵元进行随机选取，以生成虚拟天线子阵列，并检测所生成的虚拟天线子阵列的性能。
在本实施例中，所述虚拟天线子阵列的性能通过虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱表征。
在本实施例中，所述第一生成模块913检测所述虚拟天线子阵列的性能的过程包括：获取虚拟天线子阵列于各位置处的二维频谱幅度和相位复数值，并将二维频谱幅度和相位复数值送入预存角度估计器，角度估计器依据虚拟子阵列的发射天线和接收天线将二维频谱幅度和相位复数送入对应的位置，扫描各个角度下虚拟阵列响应，获取虚拟天线子阵列的角度谱。
所述第二合成模块912用于将合成的虚拟天线主阵列的性能和与之对应的虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能。
在本实施例中，所述第二合成模块912将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成是指将虚拟天线主阵列的虚拟阵列角度谱和虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱相加或相乘，形成合成的角度谱。
所述获取模块914用于根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统。在本实施例中，所述预设的期望性能包括期望的水平分辨率和主旁瓣比。
所述获取模块914将合成后的水平分辨率和主旁瓣比与预设的水平分辨率和主旁瓣比进行比较，查找大于等于预设的水平分辨率和主旁瓣比的MIMO雷达系统，将该MIMO雷达系统定义为预期MIMO雷达系统，
所述判断模块915用于判断是否遍历完毕所有MIMO雷达系统，若是，则停止运行所述获取系统91；若否，则返回调用所述第一合成模块911遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测所合成的虚拟天线主阵列的性能的。
参阅图9B，所述目标方位角度的估计系统92包括第三合成模块921、第二生成模块922、第四合成模块923及估计模块924。
所述第三合成模块921用于合成预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列，并检测所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能。在本实施例中，所述虚拟天线主阵列的性能通过虚拟天线主阵列的虚拟列阵角度谱表征。
具体地，随机选取发射天线Tx及随机选取接收天线Rx，使随机选取的发射天线Tx和接收天线Rx组成虚拟阵元，将所有虚拟阵元组合为预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列。
具体地，所述第三合成模块921中检测所述虚拟天线主阵列的性能的过程包括：获取预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列于各位置处的二维频谱幅度和相位复数值，并将二维频谱幅度和相位复数值送入预存角度估计器，角度估计器依据虚拟主阵列的发射天线和接收天线将二维频谱幅度和相位复数送入对应的位置，扫描各个角度下虚拟阵列响应，获取虚拟天线主阵列的角度谱。
所述第二生成模块922用于随机选取所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中的虚拟阵元，以生成虚拟天线子阵列，检测所述虚拟天线子阵列的性能。在本实施例中，所述虚拟天线子阵列的性能通过虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱表征。在本实施例中，通过组合不同的虚拟阵元，获取两组或更多不同旁瓣位置的接收阵列，以解决目标方位角多值问题。
在本实施例中，所述第二生成模块922检测所述虚拟天线子阵列的性能的过程包括：
获取虚拟天线子阵列于各位置处的二维频谱幅度和相位复数值，并将二维频谱幅度和相位复数值送入预存角度估计器，角度估计器依据虚拟子阵列的发射天线和接收天线将二维频谱幅度和相位复数送入对应的位置，扫描各个角度下虚拟阵列响应，获取虚拟天线子阵列的角度谱。
所述第四合成模块923用于将所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能。
在本实施例中，所述第四合成模块923将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成是指将虚拟天线主阵列的虚拟阵列角度谱和虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱相加或相乘，形成合成的角度谱。
所述估计模块924用于从合成后的性能中估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度。在本实施例中，将两组或以上的角度方位谱函数综合，利用各虚拟阵列旁瓣位置的差异性，获取最终准确角度方位谱，最大峰值即为目标角度估计。
具体地，所述估计模块924利用快速傅里叶变换(FFT)方法、数字波束合成(DBF)方法、超分辨率测角(DML)方法等目标方位角度获取方法，于合成的角度谱中获取最大的目标方位角。
需要说明的是，应理解以上系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如：x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述系统的某一个芯片中实现。此外，x模块也可以以程序代码的形式存储于上述系统的存储器中，由上述系统的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，一个或多个微处理器(Digital Singnal Processor，简称DSP)，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。这些模块可以集成在一起，以片上系统(System-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
实施例三
本实施例提供一种设备，包括：处理器、存储器、收发器、通信接口或/和系统总线；存储器和通信接口通过系统总线与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于和其他设备进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使设备执行如实施例一所述预期MIMO雷达系统的获取方法和/或所述目标方位角度的估计方法的各个步骤。
上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该系统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。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称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。
本发明所述的预期MIMO雷达系统的获取/目标方位角度的估计方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
本发明还提供一种预期MIMO雷达系统的获取/目标方位角度的估计系统，所述预期MIMO雷达系统的获取/目标方位角度的估计系统可以实现本发明所述的预期MIMO雷达系统的获取/目标方位角度的估计方法，但本发明所述的预期MIMO雷达系统的获取/目标方位角度的估计方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的预期MIMO雷达系统的获取/目标方位角度的估计系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
综上所述，本发明所述预期MIMO雷达系统的获取方法/系统可以合理设计发射天线阵列和接收天线阵列，所述目标方位角度的估计方法/系统可以在毫米波雷达发射天线和接收天线数量一定的情况下，无需布置多重天线布局，增加开关切换，也无需约束天线方向图谱形状，损失部分方位能量，通过合理的设计发射天线阵及接收天线阵，MIMO后获得虚拟接收天线阵列，不改变既定的天线发射方向图的条件下，尽可能的增加天线虚拟孔径长度，解决旁瓣较高带来的角度测量多值问题，提高角度分辨率和目标方位角度的测量精度。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种预期MIMO雷达系统的获取方法，其特征在于，从若干MIMO雷达系统中获取预期MIMO雷达系统；所述预期MIMO雷达系统的获取方法包括：
遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能；
针对每一合成的虚拟天线主阵列对其虚拟阵元进行随机选取，以生成虚拟天线子阵列，并检测所生成的虚拟天线子阵列的性能；
将合成的虚拟天线主阵列的性能和与之对应的虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；
根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统。
2.根据权利要求1所述的预期MIMO雷达系统的获取方法，其特征在于，
所述虚拟天线主阵列的性能通过虚拟天线主阵列的虚拟列阵角度谱表征；
所述虚拟天线子阵列的性能通过虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱表征。
3.根据权利要求2所述的预期MIMO雷达系统的获取方法，其特征在于，遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能的步骤包括：
遍历发射天线和接收天线的位置，获得若干MIMO雷达系统；
依据每一MIMO雷达系统发射天线和接收天线的位置，合成MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列。
4.根据权利要求2所述的预期MIMO雷达系统的获取方法，其特征在于，
检测所述虚拟天线主阵列的性能的步骤包括：
扫描虚拟天线主阵列于各个角度下的角度响应，以获取所述虚拟天线主阵列的虚拟阵列角度谱；
检测所述虚拟天线子阵列的性能的步骤包括：
扫描虚拟天线子阵列于各个角度下的角度响应，以获取所述虚拟天线子阵列的虚拟阵列角度谱。
5.根据权利要求2所述的预期MIMO雷达系统的获取方法，其特征在于，
所述预设的期望性能包括期望的水平分辨率和主旁瓣比；
根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统的步骤包括：
将合成后的水平分辨率和主旁瓣比与预设的水平分辨率和主旁瓣比进行比较，查找优于等于预设的水平分辨率和主旁瓣比的MIMO雷达系统，将该MIMO雷达系统定义为预期MIMO雷达系统。
6.根据权利要求2所述的预期MIMO雷达系统的获取方法，其特征在于，所述预期MIMO雷达系统的获取方法还包括判断是否遍历完毕所有MIMO雷达系统，若是，则结束进程；若否，则返回遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测所合成的虚拟天线主阵列的性能的步骤。
7.一种角度的估计方法，其特征在于，应用于通过权利要求1至权利要求6任一项所述预期MIMO雷达系统的获取方法获取的预期MIMO雷达系统，用于估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度；所述角度的估计方法包括：
合成预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列，并检测所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能；
选取所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中的虚拟阵元，以生成虚拟天线子阵列，检测所述虚拟天线子阵列的性能；
将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；
从合成后的性能中估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度。
8.一种预期MIMO雷达系统的获取系统，其特征在于，从若干MIMO雷达系统中获取；所述预期MIMO雷达系统的获取系统包括：
第一合成模块，用于遍历若干MIMO雷达系统，针对每一MIMO雷达系统对其进行虚拟天线主阵列的合成，并检测合成的虚拟天线主阵列的性能；
第一生成模块，用于针对每一合成的虚拟天线主阵列对其虚拟阵元进行随机选取，以生成虚拟天线子阵列，并检测所生成的虚拟天线子阵列的性能；
第二合成模块，用于将合成的虚拟天线主阵列的性能和与之对应的虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；
获取模块，用于根据合成后的性能，查找满足预设的期望性能的MIMO雷达系统，以获取预期MIMO雷达系统。
9.一种角度的估计系统，其特征在于，应用于通过权利要求8所述预期MIMO雷达系统的获取系统获取的预期MIMO雷达系统，用于估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度；所述角度的估计系统包括：
第三合成模块，用于合成预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列，并检测所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列的性能；
第二生成模块，用于选取所述预期MIMO雷达系统的虚拟天线主阵列中的虚拟阵元，以生成虚拟天线子阵列，检测所述虚拟天线子阵列的性能；
第四合成模块，用于将所述虚拟天线主阵列的性能和所述虚拟天线子阵列的性能进行合成，以获取合成后的性能；
估计模块，用于从合成后的性能中估计预期MIMO雷达系统的目标方位角度。
10.一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，该程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述预期MIMO雷达系统的获取方法和/或实现权利要求7所述角度的估计方法。
11.一种设备，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如权利要求1至6中任一项所述预期MIMO雷达系统的获取方法和/或执行如权利要求7所述角度的估计方法。
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