用于柱面阵列天线进行信号收发的方法及柱面阵列天线与流程

1.本公开涉及无线通信技术领域，具体地，涉及用于柱面阵列天线进行信号收发的方法及柱面阵列天线。


背景技术：

2.成像检测技术被广泛运用于各种各样的应用场景，尤其是主动式毫米波人体安检装置。主动式毫米波人体安检装置通过利用主动毫米波成像技术，能够在不直接接触待测人员的人体的情况下，有效检测出在衣物覆盖下藏匿于人体各部位处的目标物品(包括金属材质的物品和非金属材质的物品)，并可以从基于检测而生成的图像上提取藏匿的目标物品的形状、大小和位置等信息。
3.主动式毫米波人体安检装置通常包括收发天线阵列，收发天线阵列进而包括发射天线阵列和接收天线阵列，其中，通过发射天线阵列能够将毫米波信号按特定的增益要求和波束宽度要求发射到自由空间(包括空气和真空)，而通过接收天线阵列能够从自由空间接收所发射的毫米波信号经目标物品反射后的回波信号。


技术实现要素：

4.鉴于上述，本公开提供了用于柱面阵列天线进行信号收发的方法及柱面阵列天线。通过本公开提供的柱面阵列天线中的各个子阵采用一发多收的方式进行信号收发，整个柱面阵列天线多发多收的方式增加了等效相位中心，从而增加了采样点，从另一角度来说，在确保足够采样点的情况下减少了阵元的使用。此外，柱面阵列天线在多发多收的收发机制下，每一时刻各个子阵中的发射阵元同时发射信号的频率各不相同，实现频分正交收发信号，能够缩短通过回波信号采集数据的采集时间。
5.根据本公开的一个方面，提供了一种用于柱面阵列天线进行信号收发的方法，其中，所述柱面阵列天线包括至少一个柱面天线阵列，每个柱面天线阵列被均匀划分为若干个子阵，每个子阵中布置有收发分置的发射阵元和接收阵元，在每个子阵中，所有发射阵元均匀地排列成发射阵元序列，所有接收阵元均匀地排列成接收阵元序列，所述发射阵元序列与所述接收阵元序列正相交，且按照行和列的方式布置在该子阵的中间位置，所述方法包括：对工作频段进行均匀划分，以得到多个频率，其中，所述多个频率的数量不少于所述子阵的数量；将各个频率分配给各个子阵，以作为所述各个子阵的初始发射频率，其中，所述各个子阵的初始发射频率不同；所述各个子阵中的阵元按照以下方式进行信号收发：针对所述各个子阵，该子阵中的各个发射阵元依次发射分配给该子阵的当前频率的信号；针对所述各个子阵，当该子阵中的发射阵元发出信号时，该子阵中的各个接收阵元接收该信号对应的回波信号；针对所述各个子阵，在该子阵中的所有发射阵元均发射完当前频率的信号时，根据所述各个频率的指定频率顺序以及该子阵的当前频率，确定分配给该子阵的下一个频率，其中，所述各个子阵在每一时刻所分配的频率各不相同；将每个子阵的下一个频率确定为该子阵在下一轮循环中的当前频率，并执行针对所述各个子阵，该子阵中的各
个发射阵元依次发射分配给该子阵的当前频率的信号的步骤。
6.根据本公开的另一方面，还提供一种柱面阵列天线，包括至少一个柱面天线阵列，每个柱面天线阵列被均匀划分为若干个子阵，每个子阵中布置有收发分置的发射阵元和接收阵元，在每个子阵中，所有发射阵元均匀地排列成发射阵元序列，所有接收阵元均匀地排列成接收阵元序列，所述发射阵元序列与所述接收阵元序列正相交，且按照行和列的方式布置在该子阵的中间位置，所述柱面阵列天线被配置为：响应于触发电信号，确定所述各个子阵的初始发射频率，其中，工作频段被划分为多个频率，所述多个频率的数量不少于所述子阵的数量，各个频率分配给所述各个子阵以作为所述各个子阵的初始发射频率，所述各个子阵的初始发射频率不同；所述各个子阵中的阵元按照以下方式进行信号收发：针对所述各个子阵，该子阵中的各个发射阵元依次发射分配给该子阵的当前频率的信号；针对所述各个子阵，当该子阵中的发射阵元发出信号时，该子阵中的各个接收阵元接收该信号对应的回波信号；针对所述各个子阵，在该子阵中的所有发射阵元均发射完当前频率的信号时，根据所述各个频率的指定频率顺序以及该子阵的当前频率，确定分配给该子阵的下一个频率，其中，所述各个子阵在每一时刻所分配的频率各不相同；将每个子阵的下一个频率确定为该子阵在下一轮循环中的当前频率，并执行针对所述各个子阵，该子阵中的各个发射阵元依次发射分配给该子阵的当前频率的信号的步骤。
附图说明
7.通过参照下面的附图，可以实现对于本公开内容的本质和优点的进一步理解。在附图中，类似组件或特征可以具有相同的附图标记。
8.图1示出了根据本公开的柱面天线阵列的一个示例的示意图。
9.图2示出了根据本公开的柱面天线阵列被划分为多个子阵的一个示例的示意图。
10.图3a、3b、3c和3d分别示出了根据本公开的发射阵元和接收阵元在子阵中的布置方式的一个示例的示意图。
11.图4示出了根据本公开的柱面天线阵列的一种布局方式的一个示例的示意图。
12.图5示出了根据本公开的用于柱面阵列天线进行信号收发的方法的一个示例的流程图。
13.图6示出了根据本公开的用于对柱面天线阵列的布局进行优化的方法的一个示例的流程图。
14.图7示出了根据本公开的第一发射阵元、第一接收阵元、等效相位中心与目标空间点之间的关系的一个示例的示意图。
15.图8示出了根据本公开的确定第一数量值和第二数量值的一个示例的示意图。
16.图9示出了根据本公开的用于对柱面天线阵列的布局进行优化的方法的一个示例的流程图。
具体实施方式
17.以下将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本公开内容的保护范围的
情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。
18.如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
19.成像检测技术被广泛运用于各种各样的应用场景，尤其是主动式毫米波人体安检装置。主动式毫米波人体安检装置通过利用主动毫米波成像技术，能够在不直接接触待测人员的人体的情况下，有效检测出在衣物覆盖下藏匿于人体各部位处的目标物品(包括金属材质的物品和非金属材质的物品)，并可以从基于检测而生成的图像上提取藏匿的目标物品的形状、大小和位置等信息。
20.主动式毫米波人体安检装置通常包括收发天线阵列，收发天线阵列进而包括发射天线阵列和接收天线阵列，其中，通过发射天线阵列能够将毫米波信号按特定的增益要求和波束宽度要求发射到自由空间(包括空气和真空)，而通过接收天线阵列能够从自由空间接收所发射的毫米波信号经目标物品反射后的回波信号。
21.然而，一般来说，目前的阵列天线采用一发一收的收发机制，阵列天线中的每个阵元发出发射信号后，由该阵元接收该发射信号对应的回波信号。在这种收发机制下，为了采集尽可能全面的信息，需要布置更密集的阵元，增加阵元的数量，从而增加阵列天线的生产成本。
22.鉴于上述，本公开提供了用于柱面阵列天线进行信号收发的方法及柱面阵列天线。柱面阵列天线包括至少一个柱面天线阵列，每个柱面天线阵列被均匀划分为若干个子阵，每个子阵中布置有收发分置的发射阵元和接收阵元，在每个子阵中，所有发射阵元均匀地排列成发射阵元序列，所有接收阵元均匀地排列成接收阵元序列，发射阵元序列与接收阵元序列正相交，且按照行和列的方式布置在该子阵的中间位置。在该方法中，对工作频段进行均匀划分，以得到多个频率；将各个频率分配给各个子阵，以作为各个子阵的初始发射频率；各个子阵中的阵元按照以下方式进行信号收发：针对各个子阵，该子阵中的各个发射阵元依次发射分配给该子阵的当前频率的信号，针对各个子阵，当该子阵中的发射阵元发出信号时，该子阵中的各个接收阵元接收该信号对应的回波信号；针对各个子阵，在该子阵中的所有发射阵元均发射完当前频率的信号时，根据各个频率的指定频率顺序以及该子阵的当前频率，确定分配给该子阵的下一个频率，将每个子阵的下一个频率确定为该子阵在下一轮循环中的当前频率，并执行针对各个子阵，该子阵中的各个发射阵元依次发射分配给该子阵的当前频率的信号的步骤。通过本公开提供的柱面阵列天线中的各个子阵采用一发多收的方式进行信号收发，增加了等效相位中心，从而增加了采样点，从另一角度来说，在确保足够采样点的情况下减少了阵元的使用。此外，柱面阵列天线在多发多收的收发机制下，每一时刻各个子阵中的发射阵元同时发射信号的频率各不相同，能够缩短通过回波信号采集数据的采集时间。
23.下面结合附图对本公开提供的用于柱面阵列天线进行信号收发的方法及阵列天线进行详细说明。
24.在本公开中，天线阵列布置在柱面上，柱面天线阵列所分布的柱面可以是水平夹角为360
°
的完整柱面，还可以是水平夹角小于360
°
的部分柱面。本公开中的柱面阵列天线可以包括一个或多个柱面天线阵列，各个柱面天线阵列所属的柱面可以是同一完整柱面中的部分柱面。不同柱面天线阵列的水平夹角可以相同，也可以不同。在完整柱面中，各个柱面天线阵列所属的柱面可以对称设置，还可以非对称设置。
25.图1示出了根据本公开的柱面天线阵列的一个示例的示意图。如图1所示，该示例中的柱面阵列天线包括两个柱面天线阵列，两个柱面天线阵列的水平夹角相同，均为θ。两个柱面天线阵列的高度相同，均为h。
26.在本公开中，每个柱面天线阵列可以被均匀划分为若干个子阵，各个子阵的尺寸相同，即，各个子阵的高度以及水平夹角相同。图2示出了根据本公开的柱面天线阵列被划分为多个子阵的一个示例的示意图。如图2所示，一个柱面天线阵列被划分成的尺寸大小相同的多个子阵，每个子阵的高度为h，水平夹角为θ。
27.在子阵的一种划分方式中，可以将柱面天线阵列的高度进行均匀划分，以得到每个子阵的高度。将柱面天线阵列的水平夹角进行均匀划分，以得到每个子阵的水平夹角。
28.在一个示例中，可以确定子阵的数量为ma×
na，其中，na表示在每列(在高度h方向)上所布置的子阵的数量，ma表示在水平夹角方向上所布置的子阵的数量，则每个子阵的高度h为h/na，每个子阵的水平夹角θ为θ/ma。
29.在本公开中，每个子阵中可以布置有收发分置的发射阵元和接收阵元，每个子阵中包括有至少一个发射阵元和至少一个接收阵元。不同子阵中包括的发射阵元的数量和接收阵元的数量可以相同。在同一个子阵中，发射阵元的数量和接收阵元的数量可以相同，也可以不同。
30.在每个子阵中，所有发射阵元可以均匀地排列成发射阵元序列，所有接收阵元可以均匀地排列成接收阵元序列。在一个示例中，发射阵元序列中相邻两个发射阵元之间的间距可以相等。接收阵元序列中相邻两个接收阵元之间的间距可以相等。发射阵元序列与接收阵元序列被设置为正相交，即，发射阵元序列与接收阵元序列之间相互垂直。此外，发射阵元序列与接收阵元序列按照行和列的方式布置在所属子阵的中间位置。
31.图3a示出了根据本公开的发射阵元和接收阵元在子阵中的布置方式的一个示例的示意图。如图3a所示，子阵包括有4个发射阵元和4个接收阵元，图中t表示发射阵元，r表示接收阵元。发射阵元序列作为行布置在该子阵的中间位置，接收阵元序列作为列布置在该子阵的中间位置。发射阵元序列与接收阵元序列之间正相交。
32.在一个示例中，在各个子阵中，可以将发射阵元序列作为行布置，以及将接收阵元序列作为列布置。如图3a所示。在另一个示例中，还可以将发射阵元序列作为列布置，以及将接收阵元序列作为列布置。图3b示出了根据本公开的发射阵元和接收阵元在子阵中的布置方式的另一个示例的示意图。如图3b所示，发射阵元序列作为列布置在该子阵的中间位置，接收阵元序列作为行布置在该子阵的中间位置。发射阵元序列与接收阵元序列之间正相交。
33.在本公开中，不同子阵中的发射阵元序列与接收阵元序列的正相交方式可以相同，也可以不同。下面以相同的正相交方式为例进行说明。
34.在本公开中，阵列天线以一发多收的机制进行收发，即一个发射阵元发出的信号，
可以由多个接收阵元接收对应的回波信号。在每个子阵中，该子阵中的发射阵元发出的信号，仅可以由该子阵中的接收阵元来接收。各个子阵的信号收发过程相互独立。例如，如图3a所示的子阵，其中一个发射阵元所发出信号，则该信号对应的回波信号只可能由该子阵中的4个接收阵元分别来接收。
35.在本公开中，发射阵元序列与接收阵元序列正相交时存在相交位置，该相交位置既属于发射阵元序列，也属于接收阵元序列。在一个示例中，发射阵元序列与接收阵元序列正相交的相交位置处可以不设置阵元。在该示例中，当子阵被均匀划分所得到的行和列的数量相同时，该子阵中布置的接收阵元的数量与发射阵元的数量相同。以图3a和3b为例，如图3a和3b，发射阵元序列与接收阵元序列正相交的相交位置处未设置阵元，且子阵被均匀划分得到4行和4列，则该子阵中布置的接收阵元和发射阵元的数量相同，均为4。
36.在另一个示例中，在各个子阵中，发射阵元序列与接收阵元序列正相交的相交位置处可以设置阵元，所设置的阵元可以是发射阵元或者接收阵元。在该示例中，当子阵被均匀划分所得到的行和列的数量相同时，该子阵中布置的接收阵元的数量与发射阵元的数量相差1。
37.图3c和3d示出了根据本公开的发射阵元和接收阵元在子阵中的布置方式的另一个示例的示意图。如图3c和3d所示，发射阵元序列与接收阵元序列正相交的相交位置在子阵的中心位置处，在该位置处所设置的阵元可以是发射阵元或者接收阵元。图3c和3d中的“t/r”表示设置为发射阵元或者接收阵元。
38.在一个示例中，各个子阵中的发射阵元和接收阵元的布置方式相同。图4示出了根据本公开的柱面天线阵列的一种布局方式的一个示例的示意图。如图4所示，柱面天线阵列中的各个子阵的尺寸相同，且均匀分布。各个子阵中包括的发射阵元和接收阵元的数量相同，且发射阵元与接收阵元的排布方式也相同。每个子阵中发射阵元序列与接收阵元序列正相交的相交位置处设置发射阵元或者接收阵元。在一个示例中，所有子阵中的正相交的相交位置处都设置发射阵元。在另一个示例中，所有子阵中的正相交的相交位置处都设置接收阵元。
39.在针对子阵划分的一个示例中，每个子阵可以均匀划分成若干阵元方格，以用于布置阵元。在一个示例中，每个子阵中布置的阵元数量为ms×ns
，其中，ns表示在每列(在高度h方向)上所布置的阵元的数量，ms表示在水平夹角方向上所布置的阵元的数量。则在各个子阵中，每个阵元对应的阵元方格的高度h0为h/ns，每个阵元对应的阵元方格的水平夹角θ0为θ/ms。
40.在一个示例中，可以将相邻的两个阵元之间的间隔距离等效为阵元方格的高度h0和水平夹角θ0，高度h0和水平夹角θ0满足奈奎斯特采样定理。
41.在一个示例中，当ms和ns均为奇数时，发射阵元序列与接收阵元序列的布局方式为发射阵元序列与接收阵元序列正相交的相交位置处设置阵元，所设置的阵元可以是接收阵元或发射阵元。如图3c和3d所示。
42.在另一个示例中，当ms和ns均为偶数时，发射阵元序列与接收阵元序列的布局方式为发射阵元序列与接收阵元序列正相交的相交位置处不设置阵元。如图3a和3b所示。
43.图5示出了根据本公开的用于柱面阵列天线进行信号收发的方法的一个示例500的流程图。
44.本公开的柱面阵列天线可以应用于全息成像系统，全息成像系统可以利用电磁波对目标进行检测。在一个示例中，全息成像系统可以包括全息成像安检系统，可以应用于安检设备。
45.如图5所示，在510，可以对工作频段进行均匀划分，以得到多个频率。
46.在本公开中，在柱面阵列天线应用时，柱面阵列天线的布置方式已确定，且柱面阵列天线中的阵元数量确定。工作频段是柱面阵列天线所应用的全息成像系统的工作频率范围，全息成像系统的工作频段可以设置，不同系统的工作频段可以不同，工作频段是连续的频率段。
47.在本公开中，可以对工作频段进行均匀划分，以使得在所得到的各个频率中相邻频率之间的频率差δf相同，所得到的各个频率在工作频段上均匀分布。
48.在一种划分方式中，可以根据工作频段的最大频率和最小频率以及待划分的频率的数量来对工作频段进行均匀划分。在该划分方式中，可以根据公式计算出相邻频率之间的频率差δf，其中，f
max
表示工作频段中的最大频率，f
min
表示工作频段中的最小频率，numf表示待划分的频率的数量。然后，可以得到各个频率为：fi＝f
min
iδf，其中，i为大于0且小于等于numf的整数。在所得到的各个频率中，按照从小到大的顺序，第一个频率是最小频率f
min
，第二个频率是f
min
δf，以此类推，直至最大频率f
max
。
49.在本公开中，所得到的多个频率的数量不少于子阵的数量，这样可以确保为每个子阵分配到一个不同的初始发射频率。并且，各个子阵在每一时刻所发出的发射信号的频率也可以各不相同。在一个示例中，所得到的多个频率的数量与子阵的数量相同，则在该示例中，可以根据子阵的数量对工作频段进行均匀划分，以得到该数量的频率。
50.在520，可以将各个频率分配给各个子阵，以作为各个子阵的初始发射频率。
51.在本公开中，分配给各个子阵的频率各不相同，从而各个子阵的初始发射频率不同。在一种频率分配方式中，当所得到的频率的数量多于子阵的数量时，可以将所得到的频率中的部分频率分配给各个子阵，部分频率的数量与子阵的数量相同。部分频率可以按照频率的指定顺序选取，该指定顺序包括频率从小到大的顺序、从大到小的顺序以及其他顺序等。在另一种频率分配方式中，当所得到的频率的数量等于子阵的数量时，可以将全部频率分配给各个子阵。
52.在本公开中，各个子阵按照行和列的顺序均匀分布，从而可以按照指定排序来确定各个子阵的顺序。例如，指定排序包括从左到右、从上到下的顺序。可以将所得到的各个频率按照指定顺序依次分配给按照指定排序排列的各个子阵。例如，频率的数量等于子阵的数量，频率的指定顺序是从小到大，子阵的指定排序是从左到右、从上到下的顺序，则可以将最小频率分配给第一行第一列的子阵，将指定顺序中的第二个频率分配给第一行第二列的子阵，依次类推，直至将最大频率分配给最后一行的最后一列的子阵。
53.在本公开中，各个子阵中的阵元可以按照530至590的方式进行信号收发。
54.在530，针对各个子阵，该子阵中的各个发射阵元依次发射分配给该子阵的当前频率的信号。
55.在本公开中，在同一时刻，每个子阵可以被分配到一个频率，该频率是该子阵中的各个发射阵元在此轮子循环中所需发射的信号的频率。一个子循环是每个子阵中的所有发
射阵元发射同一频率信号的过程。
56.每个子阵中的各个发射阵元排列成发射阵元序列，则每个子阵中的各个发射阵元可以按照发射阵元序列的顺序依次发射分配给该子阵的当前频率信号。在每个子阵中，不同的发射阵元在不同的时刻发射信号。不同子阵中的发射阵元在同一时刻所发射的信号的频率不同。
57.在540，针对各个子阵，当该子阵中的发射阵元发出信号时，该子阵中的各个接收阵元可以接收该信号对应的回波信号。
58.以图3a为例，当该子阵中的第一个发射阵元发出信号后，该信号对应的回波信号可以被该子阵中的四个接收阵元所接收。
59.在各个子阵中，该子阵中的每个发射阵元可以与每个接收阵元构成一个发射通道，每个发射通道可以视为一个等效相位中心。从而子阵中的每个发射阵元可以和每个接收阵元构成一个等效相位中心。基于此，每个子阵中的等效相位中心的数量是该子阵中的发射阵元的数量乘以该子阵中的接收阵元的数量，从而在所布置的阵元的基础上增加了等效相位中心的数量。
60.在550，判断各个子阵中的所有发射阵元均发射完当前频率的信号。如果是，则执行560的操作；如果否，则继续执行530的操作，即各个子阵中未发射当前频率信号的发射阵元继续依次发射信号，直至子阵中的所有发射阵元均发射完当前频率的信号。
61.在560，判断各个子阵是否被分配所有频率。如果是，则执行570的操作；如果否，则执行580的操作。
62.在570，各个子阵结束发射信号，从而整个柱面阵列天线结束信号发射操作。
63.需要说明的是，560和570的操作可以作为一个示例增加至本公开的方案中，此外，本公开的方案还可以不包括560和570的操作的示例。在本公开的方案不包括560和570的操作时，在各个子阵中的所有发射阵元均发射完当前频率的信号时，直接执行580的操作。在各个子阵被分配所有频率的情况下，可以根据各个频率的指定频率顺序继续确定分配给各个子阵的下一个频率。
64.在580，根据各个频率的指定频率顺序以及该子阵的当前频率，确定分配给该子阵的下一个频率。
65.在本公开中，各个子阵在每一时刻所分配的频率各不相同。各个频率的指定频率顺序可以自定义设定。通过指定频率顺序，所有子阵均按照该指定频率顺序来分配频率，各个子阵的初始发射信号的频率不同，从而可以确保各个子阵在每一时刻所发射的发射信号的频率各不相同。
66.在一个示例中，指定频率顺序包括频率依次增加的顺序或者频率依次减小的顺序。各个子阵的初始发射频率不同，则各个子阵的初始发射频率对应在指定频率顺序中的起始位置不同。在一个示例中，指定频率顺序包括呈闭环的频率依次增加的顺序或者频率依次减小的顺序。在闭环的指定频率顺序中，终点位置的下一个顺序是起始位置，基于此来构成一个闭环的顺序。例如，当指定频率顺序是呈闭环的频率依次增加的顺序时，最大频率的下一个顺序是最小频率。需要说明的是，指定频率顺序除了可以是频率依次增加的顺序或者频率依次减小的顺序以外，还可以是其他频率顺序。
67.在一个示例中，针对各个子阵，按照各个频率的指定频率顺序，从初始发射频率开
始依次将各个频率分配给该子阵，直至所有频率都被分配给该子阵一次。
68.例如，各个频率的指定频率顺序是呈闭环的从最小频率f
min
到最大频率f
max
依次增加的顺序，一个子阵的初始发射频率是fd，则该子阵被分配频率fd后，再被分配频率f
d 1
，以次类推，当子阵被分配频率f
max
后，然后会继续被分配频率f
min
，直至被分配到频率f
d-1
。其中，f
d-1
、fd以及f
d 1
均大于最小频率且小于最大频率。
69.在590，将每个子阵的下一个频率确定为该子阵在下一轮循环中的当前频率，并返回执行530的步骤。
70.图6示出了根据本公开的用于对柱面天线阵列的布局进行优化的方法的一个示例600的流程图。
71.图6示出的方法可以应用于各个柱面天线阵列，各个柱面天线阵列之间可以独立地进行布局优化。下面以一个柱面天线阵列为例进行说明。此外，本实施例中的各个子阵的阵元布局方式相同，即，各个子阵中的发射阵元和接收阵元的数量相同，且排布方式相同。
72.如图6所示，在610，针对各个柱面天线阵列，可以将该柱面天线阵列中的等效相位中心的数量表达式不小于采样点阈值确定为第一天线阵列布局条件。
73.在本公开中，采样点阈值可以根据该柱面天线阵列所属柱面的高度和水平夹角、以及阵元水平夹角阈值和阵元高度阈值所确定。柱面天线阵列所属的柱面可以作为一个整体，柱面的高度和水平夹角预先确定。当柱面天线阵列所属的柱面是完整的圆柱面时，对应的水平夹角是360
°
。阵元水平夹角阈值和阵元高度阈值是针对每个阵元的阈值，该两个阈值满足奈奎斯特采样定理。针对每个阵元，该阵元的水平夹角不大于阵元水平夹角阈值，该阵元的高度不大于阵元高度阈值。例如，阵元水平夹角阈值可以设置为0.6
°
，阵元高度阈值可以设置为10mm。
74.在柱面上，各个阵元可以按照行和列均匀排布，则相邻的列之间的间距相等，相邻的行之间的间距相等。按照以下公式可以计算出柱面天线阵列的采样点阈值：
[0075][0076]
其中，s
p
表示采样点阈值，ceil表示向上取整函数，h
′
表示柱面的高度，表示柱面的水平夹角，δh0表示阵元高度阈值，δθ0表示阵元水平夹角阈值。表示高度方向上的采样点数量，表示水平夹角方向上的采样点数量。
[0077]
此外，还可以根据各个子阵中的发射阵元和接收阵元以及子阵的数量，确定该柱面天线阵列中的等效相位中心的数量表达式。
[0078]
在每个子阵中，每个发射阵元发出的信号，可以由该子阵中的所有接收阵元来接收。因此，由发射阵元和接收阵元所组成的发射通道的数量为发射阵元的数量乘以接收阵元的数量。每个发射通道相当于一个等效相位中心，从而每个子阵中的等效相位中心的数量为发射阵元的数量乘以接收阵元的数量，用公式可以表示为：ts×rs
，其中，ts表示每个子阵中的发射阵元的数量，rs表示每个子阵中的接收阵元的数量。
[0079]
进一步地，将每个子阵中的等效相位中心的数量乘以柱面天线阵列中的子阵的数量，可以得到柱面天线阵列中的等效相位中心的数量。用公式可以表示为：s
epc
＝a
×
(ts×rs
)，其中，a表示子阵的数量，s
epc
表示柱面天线阵列中的等效相位中心的数量。
[0080]
在确定等效相位中心的数量表达式和采样点阈值后，可以将等效相位中心的数量表达式不小于采样点阈值确定为第一天线阵列布局条件。
[0081]
第一天线阵列布局条件可以表示为：s
epc
≥s
p
。针对柱面天线阵列的布局，需要满足该第一天线阵列布局条件。
[0082]
在620，可以将求解各个子阵中的发射阵元和接收阵元的数量和最小确定为第二天线阵列布局条件。
[0083]
第一天线阵列布局条件可以表示为：y＝min(ts rs)，其中，y表示发射阵元和接收阵元的数量和，min表示求最小函数。对于各个子阵来说，在确保采样点数量的情况下，所使用的发射阵元和接收阵元的数量越少，则布局越优化。当发射阵元和接收阵元的数量和最小时，子阵的布局达到最优。
[0084]
需要说明的是，610、620和630的操作按序执行来确定第一天线阵列布局条件。可以不限定第一天线阵列布局条件和第二天线阵列布局条件的确定先后顺序，既可以如图6所示的先确定第一天线阵列布局条件，再确定第二天线阵列布局条件；还可以先确定第二天线阵列布局条件，再确定第一天线阵列布局条件；还可以同时确定第一天线阵列布局条件和第二天线阵列布局条件。
[0085]
在630，可以确定各个子阵中距离最远的第一发射阵元和第一接收阵元。
[0086]
在发射阵元序列与接收阵元序列正相交、且按照行和列的方式布置在子阵的中间位置的布局方式中，第一发射阵元与第一接收阵元之间的距离最远，则第一发射阵元是发射阵元序列中的第一个或最后一个，第一接收阵元是接收阵元序列中的第一个或最后一个。
[0087]
以图3a为例，如图3a所示，发射阵元序列中的左边第一个发射阵元与接收阵元序列中的上面第一个接收阵元之间的距离最远，则可以将左边第一个发射阵元确定为第一发射阵元，将上面第一个接收阵元确定为第一接收阵元。
[0088]
在640，根据第一发射阵元与第一接收阵元之间的第一信号传播距离以及由两者所确定的等效相位中心的第二信号传播距离，确定距离误差对应的相位误差。
[0089]
第一发射阵元和第一接收阵元之间的第一信号传播路径是第一发射阵元发出信号后，该信号到达目标空间点后反射形成回波信号，该回波信号由第一接收阵元接收。
[0090]
两者所确定的等效相位中心可以是由第一发射阵元和第一接收阵元确定。两者所确定的等效相位中心可以相当于一个收发同置的阵元，则等效相位中心的第二信号传播路径是由等效相位中心发出的信号在到达目标空间点后反射形成回波信号，该回波信号再传播至等效相位中心。
[0091]
在本公开中，信号传播路径的距离误差是第一信号传播路径与第二信号传播路径之间的距离误差。
[0092]
在一个示例中，可以计算第一发射阵元和第一接收阵元分别与目标空间点之间的第一信号传播距离。目标空间点可以是第一发射阵元所发出的信号到达的一个空间点，并且信号在该空间点反射。当柱面天线阵列应用于雷达装置时，目标空间点可以是雷达装置所检测的对象上的任一位置点。第一信号传播距离由第一发射阵元与目标空间点之间的距离以及第一接收阵元与目标空间点之间的距离构成。
[0093]
图7示出了根据本公开的第一发射阵元、第一接收阵元、等效相位中心与目标空间点之间的关系的一个示例的示意图。如图7所示，r1表示第一接收单元，t1表示第一发射单元，p表示目标空间点，eqc表示第一接收单元和第一发射单元所确定的等效相位中心。第一信号传播距离是t1与p之间的距离和r1与p之间的距离之和。
[0094]
在一个示例中，可以设置目标空间点p的坐标为(x，y，z)，第一发射阵元t1的柱面坐标为(r0，θ
t
，z
t
)，第一接收阵元r1的柱面坐标为(r0，θr，zr)，其中，r0表示柱面天线阵列所属的柱面的半径，θ
t
和z
t
表示第一发射阵元t1的θ坐标和z坐标，θr和zr表示第一接收阵元r1的θ坐标和z坐标。则第一发射阵元t1与目标空间点p之间的距离l
t
可以表示为：
[0095][0096]
第一接收阵元r1与目标空间点p之间的距离lr可以表示为：
[0097][0098]
第一信号传播距离是(l
t
lr)。
[0099]
可以计算由第一发射阵元和第一接收阵元所确定的等效相位中心与目标空间点之间的第二信号传播距离，第二信号传播距离包括信号从等效相位中心到目标空间点的距离以及从目标空间点回到等效相位中心的距离。以图7为例，如图7所示，第二信号传播距离等于eqc与p之间的距离乘以2。
[0100]
在一个示例中，可以设置目标空间点p的坐标为(x，y，z)，第一发射阵元t1的柱面坐标为(r0，θ
t
，z
t
)，第一接收阵元r1的柱面坐标为(r0，θr，zr)。则可以按照以下公式确定等效相位中心的坐标(re，θe，ze)：
[0101][0102]
则等效相位中心与目标空间点p之间的距离le可以表示为：
[0103][0104]
然后，根据第一信号传播距离和第二信号传播距离确定距离误差。在一个示例中，将第一信号传播距离与第二信号传播距离之间的差作为距离误差。在一个示例中，距离误差δl可以表示为(l
t
lr)-2le。
[0105]
接着，根据距离与相位之间的关系得到距离误差对应的相位误差。在一个示例中，可以根据以下公式计算出相位误差
[0106][0107]
其中，c表示光速，fc表示中心频率，根据最大工作频率f
max
和最小工作频率f
min
得到。在一个示例中，fc＝f
max-f
min
。
[0108]
在650，可以将相位误差不大于相位误差阈值确定为第三天线阵列布局条件。
[0109]
相位误差阈值满足奈奎斯特采样定理，是成像的最大相位误差。若超过该相位误差阈值，则无法成像或者成像效果差。因此，相位误差应该小于或等于相位误差阈值。第三
天线阵列布局条件可以表示成：其中，表示相位误差阈值。
[0110]
在660，根据第一天线阵列布局条件、第二天线阵列布局条件以及第三天线阵列布局条件，可以确定各个子阵中的发射阵元的第一数量值和接收阵元的第二数量值。
[0111]
所确定出的第一数量值和第二数量值同时满足第一天线阵列布局条件、第二天线阵列布局条件以及第三天线阵列布局条件。
[0112]
在一个示例中，可以将第一天线阵列布局条件、第二天线阵列布局条件以及第三天线阵列布局条件用图形来表示，在图形上确定出子阵中的发射阵元和接收阵元的数量和的最小值，在该最小值的基础上进一步地确定出子阵中的发射阵元的第一数量值以及接收阵元的第二数量值。
[0113]
图8示出了根据本公开的确定第一数量值和第二数量值的一个示例的示意图。如图8所示的坐标系中，y轴表示子阵中的发射阵元和接收阵元的数量和，横轴表示发射阵元的数量。满足第一天线阵列布局条件、第二天线阵列布局条件以及第三天线阵列布局条件的区域为曲线以及曲线以上的区域。从而，可以确定出曲线以及曲线以上的区域中的最小值，该最小值即为y的最小值。在y的最小值确定后，可以进一步地确定第一数量值以及第二数量值。需要说明的是，横轴可以用发射阵元的数量来表示，还可以用接收阵元的数量来表示。
[0114]
在670，可以根据第一数量值和第二数量值对各个柱面天线阵列进行重新布局。
[0115]
在一个示例中，还可以将第一发射阵元和第一接收阵元的坐标差不大于孔径照射范围阈值确定为第四天线阵列布局条件。
[0116]
孔径照射范围阈值是阵元能够照射的最大范围，因此，各个阵元的照射范围在该最大范围内可以成像，否则不能成像。孔径照射范围可以包括z轴方向上的照射范围以及水平角度方向上的照射范围。
[0117]
在一个示例中，可以将第一发射阵元与第一接收阵元之间的水平夹角差不大于孔径照射范围中的水平夹角阈值确定为第一子条件。水平夹角阈值用于表示水平角度方向上的最大照射范围。第一子条件可以表示为：|θ
t-θr|≤θu，其中，|θ
t-θr|表示第一发射阵元与第一接收阵元之间的水平夹角差，θu表示水平夹角阈值。
[0118]
可以将第一发射阵元与第一接收阵元之间在垂直方向上的高度差不大于孔径照射范围中的高度阈值确定为第二子条件。高度阈值用于表示z轴方向上的最大照射范围。第二子条件可以表示为：其中，θv表示z轴方向上的最大照射角度，|z
t-zr|表示第一发射阵元与第一接收阵元之间在垂直方向上的高度差。
[0119]
在确定出第一子条件和第二子条件后，可以将第一子条件和第二子条件合并为第四天线阵列布局条件。
[0120]
在确定出第四天线阵列布局条件后，根据第一天线阵列布局条件、第二天线阵列布局条件、第三天线阵列布局条件以及第四天线阵列布局条件，可以确定每个子阵中的发射阵元的第一数量值和接收阵元的第二数量值。此时，所确定出的第一数量值和第二数量值同时满足第一天线阵列布局条件、第二天线阵列布局条件、第三天线阵列布局条件以及第四天线阵列布局条件。
[0121]
在一个示例中，可以将第一天线阵列布局条件、第二天线阵列布局条件、第三天线
阵列布局条件以及第四天线阵列布局条件用图形来表示，在图形上确定出子阵中的发射阵元和接收阵元的数量和的最小值，在该最小值的基础上进一步地确定出子阵中的发射阵元的第一数量值以及接收阵元的第二数量值。
[0122]
图9示出了根据本公开的用于对柱面天线阵列的布局进行优化的方法的一个示例900的流程图。
[0123]
在图9所示的示例中，柱面天线阵列包括至少一个柱面天线阵列，每个柱面天线阵列被均匀划分为若干个子阵，每个子阵中布置有收发分置的发射阵元和接收阵元，在每个子阵中，所有发射阵元均匀地排列成发射阵元序列，所有接收阵元均匀地排列成接收阵元序列，发射阵元序列与接收阵元序列正相交，且按照行和列的方式布置在该子阵的中间位置。
[0124]
如图9所示，在910，针对各个柱面天线阵列，将该柱面天线阵列中的等效相位中心的数量表达式不小于采样点阈值确定为第一天线阵列布局条件，其中，采样点阈值根据该柱面天线阵列所属柱面的高度和水平夹角、以及阵元水平夹角阈值和阵元高度阈值所确定。
[0125]
在920，将求解各个子阵中的发射阵元和接收阵元的数量和最小确定为第二天线阵列布局条件。
[0126]
在930，确定各个子阵中距离最远的第一发射阵元和第一接收阵元。
[0127]
在940，将第一发射阵元和第一接收阵元的坐标差不大于孔径照射范围阈值确定为第四天线阵列布局条件。
[0128]
在950，根据第一天线阵列布局条件、第二天线阵列布局条件以及第四天线阵列布局条件，确定每个子阵中的发射阵元的第一数量值和接收阵元的第二数量值。
[0129]
在960，根据第一数量值和第二数量值对各个柱面天线阵列进行重新布局。
[0130]
在一个示例中，将第一发射阵元和第一接收阵元的坐标差不大于孔径照射范围阈值确定为第四天线阵列布局条件包括：将第一发射阵元与第一接收阵元之间的水平夹角差不大于孔径照射范围中的水平夹角阈值确定为第一子条件；将第一发射阵元与第一接收阵元之间在垂直方向上的高度差不大于孔径照射范围中的高度阈值确定为第二子条件；以及将第一子条件和第二子条件合并为第四天线阵列布局条件。
[0131]
本公开还提供一种柱面阵列天线，该柱面阵列天线包括至少一个柱面天线阵列，每个柱面天线阵列被均匀划分为若干个子阵，每个子阵中布置有收发分置的发射阵元和接收阵元，在每个子阵中，所有发射阵元均匀地排列成发射阵元序列，所有接收阵元均匀地排列成接收阵元序列，发射阵元序列与接收阵元序列正相交，且按照行和列的方式布置在该子阵的中间位置。
[0132]
柱面阵列天线被配置为：响应于触发电信号，确定各个子阵的初始发射频率，其中，工作频段被划分为多个频率，多个频率的数量不少于子阵的数量，各个频率分配给各个子阵以作为各个子阵的初始发射频率，各个子阵的初始发射频率不同；各个子阵中的发射阵元按照以下方式发射信号：针对各个子阵，该子阵中的各个发射阵元依次发射分配给该子阵的当前频率的信号，在该子阵中的所有发射阵元均发射完当前频率的信号时，根据各个频率的指定频率顺序以及该子阵的当前频率，确定分配给该子阵的下一个频率，其中，各个子阵在每一时刻所分配的频率各不相同，以及将每个子阵的下一个频率确定为该子阵在
下一轮循环中的当前频率，并执行针对各个子阵，该子阵中的各个发射阵元依次发射分配给该子阵的当前频率的信号的步骤；针对各个子阵，当该子阵中的发射阵元发出信号时，该子阵中的各个接收阵元接收该信号对应的回波信号。
[0133]
上述对本公开特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0134]
上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和单元都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或单元。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行确定。上述各实施例中描述的装置结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些单元可能由同一物理实体实现，或者，有些单元可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
[0135]
在整个本公开中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
[0136]
以上结合附图详细描述了本公开的实施例的可选实施方式，但是，本公开的实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的实施例的技术构思范围内，可以对本公开的实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的实施例的保护范围。
[0137]
本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。