一种二维交叉阵列方位角俯仰角解耦合方法与流程

1.本发明涉及毫米波车载雷达技术领域，尤其涉及一种基于差分相位补偿的二维交叉阵列方位角俯仰角解耦合方法。


背景技术：

2.毫米波车载雷达是自动驾驶的主力传感器，对提高交通安全具有十分重要的作用，其相比激光雷达具有不受天气影响、成本低等优点。doa(来波方向)估计是毫米波车载雷达的主要功能之一，测角不模糊范围和测角处理的实时性是毫米波车载雷达的两个关键技术指标。
3.目前主要的二维doa估计方法有两大类，一类是子空间类算法，该类算法的前提条件是信号非相干，但在车载雷达实际应用中，由于信号反射等很难保证接收信号非相干；另一类是角度搜索类方法，如波束形成方法，利用该类方法估计目标方位角、俯仰角，需要进行二维角度搜索，数据处理时间相对较长。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种二维交叉阵列方位角俯仰角解耦合方法，计算量小且增加测角不模糊范围，为毫米波车载雷达测量角度提供新思路，适用于提高毫米波车载雷达测角实时性和增加视场范围。
5.为了达到上述目的，本发明提供一种二维交叉阵列方位角俯仰角解耦合方法，包含以下步骤：
6.步骤s1、利用交叉阵元接收数据的干涉相位差求解目标俯仰角；
7.步骤s2、根据俯仰角产生的相位对数据进行补偿；
8.步骤s3、对补偿后的数据利用一维测角算法计算得到目标方位角。
9.所述步骤s1中，目标俯仰角为：
[0010][0011]
其中，θe是目标俯仰角，二维交叉阵列的两行阵列均为均匀阵，设俯仰向阵元间距为de，阵元2与阵元1的方位向位置差等于阵元3与阵元2的方位向位置差，且均为da，依次类推；
[0012]
以原点o为参考点，则各阵元接收数据的相位为：
[0013][0014][0015]
[0016][0017]
…
[0018]
其中，θe、θa分别为目标的俯仰角和方位角；
[0019]
序号i为奇数的阵元接收数据表达式为：
[0020][0021]
序号i为偶数的阵元接收数据表达式为：
[0022][0023]
阵元1和阵元2的相位差为：
[0024][0025]
阵元3和阵元2的相位差为：
[0026][0027]
可得：
[0028][0029]
对多组数据求均值后再计算俯仰角。
[0030]
所述步骤s2中，对各阵元接收数据进行补偿去掉目标俯仰角引起的相位，补偿后数据的相位为：
[0031][0032][0033][0034][0035]
…
[0036][0037]
序号为i的阵元接收数据补偿后为补偿后数据等效于方位间隔为da的一维线阵的接收数据。
[0038]
所述步骤s3中，利用常规的一维doa估计方法求解目标方位角。
[0039]
本发明针对二维交叉阵列相比普通二维doa算法能够扩大不模糊测角范围，且计算量小、实时性高，在毫米波车载雷达的实际应用中具有显著优势。
附图说明
[0040]
图1是本发明提供的一种二维交叉阵列方位角俯仰角解耦合方法的流程图。
[0041]
图2是二维交叉阵列示意图。
[0042]
图3是等效的一维均匀线阵示意图。
[0043]
图4是一维doa估计的角度测量结果。
[0044]
图5是本发明目标方位角测量结果。
具体实施方式
[0045]
以下根据图1～图5，具体说明本发明的较佳实施例。
[0046]
如图1所示，本发明提供一种基于差分相位补偿的二维交叉阵列方位角俯仰角解耦合方法，包含以下步骤：
[0047]
步骤s1，根据交叉阵元干涉相位求解目标俯仰角；
[0048]
如图2所示，二维交叉阵列的两行阵列均为均匀阵，设俯仰向阵元间距为de，阵元2与阵元1的方位向位置差等于阵元3与阵元2的方位向位置差，且均为da，依次类推；
[0049]
以原点o为参考点，则各阵元接收数据的相位为：
[0050][0051][0052][0053][0054]
…
[0055]
其中，θe、θa分别为目标的俯仰角和方位角；
[0056]
序号i为奇数的阵元接收数据表达式为：
[0057][0058]
序号i为偶数的阵元接收数据表达式为：
[0059][0060]
阵元1和阵元2的相位差为：
[0061][0062]
阵元3和阵元2的相位差为：
[0063][0064]
可得：
[0065][0066]
则目标俯仰角为：
[0067][0068]
阵元3、阵元4相位差和阵元5、阵元4相位差同样存在上述关系，依次类推，可以得到多组上述对应关系的数据；
[0069]
对多组数据求均值后再计算俯仰角，能够减小俯仰角计算误差；
[0070]
步骤s2，对所有阵元接收数据俯仰角引起的相位进行补偿；
[0071]
根据步骤1可以得到由目标俯仰角产生的相位，对各阵元接收数据进行补偿去掉目标俯仰角引起的相位，补偿后数据的相位为：
[0072][0073][0074][0075][0076]
…
[0077][0078]
序号为i的阵元接收数据补偿后为补偿后数据等效于方位间隔为da的一维线阵的接收数据，等效线阵如图3所示，由于等效线阵的方位间隔减半，因此补偿后数据能够增大测角不模糊范围；
[0079]
步骤s3，对补偿后数据等效于间隔减半的一维线阵接收数据，利用常规的一维doa估计方法即可求解目标方位角。
[0080]
本实施实例基于差分相位补偿的二维交叉阵列方位角俯仰角解耦合的参数为：雷达载频为77ghz，交叉阵列的俯仰向阵元间距为11.215mm、方位向阵元间隔为9.15mm，设定目标方位角为10
°
、俯仰角为3
°
。
[0081]
将接收数据进行二维波束形成得到测角结果如图4所示，从图中可以看出，方位向测角结果出现模糊，这是由于阵列方位向间隔大导致的。利用本发明方法计算目标俯仰角结果为3
°
，根据俯仰角测量值补偿阵元接收数据，再对数据进行一维doa估计得到目标方位角。本发明利用波束形成方法测量目标方位角，如图5所示，方位角测量结果不存在模糊，测量值为10
°
，证明了该方法测角结果的有效性。此外，一维角度搜索相对于二维角度搜索，运算量大大降低，因此本发明方法还具有运算简单、实时性高的优点。
[0082]
本发明针对二维交叉阵列相比普通二维doa算法能够扩大不模糊测角范围，且计算量小、实时性高，在毫米波车载雷达的实际应用中具有显著优势。
[0083]
需要说明的是，在本发明的实施例中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0084]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。