[发明专利]切换天线阵列调频连续波雷达的运动目标角度计算方法

说明书

本发明提供一种切换天线阵列调频连续波雷达的运动目标角度计算方法。技术方案是：采用依次顺序切换的工作时序，对每一轮切换获得的信号进行下述处理：第一步是进行距离向处理，得到距离向信号；第二步是对距离向信号进行第一次数字波束形成处理，得到多个波束的阵列合成距离向信号，采用目标检测方法提取出目标所在的虚假波束阵列合成距离向信号，并计算目标的速度；第三步是利用计算的速度构建相位补偿矢量，对目标的距离向信号进行相位补偿；第四步是对相位补偿后的目标距离向信号进行第二次数字波束形成处理，然后计算目标的正确角度。本发明可以提高目标角度的计算精度。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，涉及一种切换天线阵列调频连续波雷达的运动目标角度计算方法。

背景技术

调频连续波雷达具有成本低、结构简单、体积小的特点，同时，能对目标的距离及速度进行精确测量，结合天线阵列的应用，可以实现对目标的角度测量。在传统的天线阵列调频连续波雷达中，每一个天线需要独立的一个通道接收信号，显然，多通道接收的硬件设施将增加调频连续波雷达硬件的成本、功耗、体积。为了降低天线阵列调频连续波雷达的成本及其系统复杂度，学者提出了一种切换天线阵列调频连续波雷达[L.Yang andF.Zhenghe,“Switch antenna array with single receiving channel for FMCWradar,”in Proc.Int.Symp.Antennas Propagation,Fukuoka,Japan,2000,pp.1629–1632.]，在该雷达中，天线阵列共用一个接收通道，通过特定的切换时序，实现空间信号的采集。但是，这种方法的缺点在于：天线阵列接收信号的相位不仅由目标的角度决定，还与目标速度有关，通常情况下，目标运动引入的相位项是一个固定的常数，如果不对该相位项进行补偿，将会导致目标角度计算错误。

国内外机构开展了相关的切换天线阵列调频连续波雷达的运动目标角度计算方法研究，在运动目标角度计算的过程中，相位补偿是最关键的步骤，已经公开发表的相位补偿方法主要有以下几种：

1、通过综合设计调频连续波雷达参数或采用快速切换选通时序[T.Yue,andY.Lu.“Single transceiver-based time division multiplexing multiple-input-multiple-output digital beamforming radar system:concepts and experiments.”Iet Radar Sonar&Navigation 8.4(2013):368-375.]，将目标运动引入的相位项控制在极小的范围内，甚至趋近于0，使得目标运动引入的相位项对角度计算的影响可以被忽略。但是，随着目标运动速度的提高，这种方法将无法适用。

2、采用两轮切换的工作时序(包含了一轮顺序切换及一轮反序切换)[L.Yang andF.Zhenghe,“Switch antenna array with single receiving channel for FMCWradar,”in Proc.Int.Symp.Antennas Propagation,Fukuoka,Japan,2000,pp.1629–1632.]，分别对顺序切换、反序切换接收的信号进行角度计算，再对这两轮切换的角度计算结果进行匹配计算，求出目标的正确角度。这种方法对于运动速度较快的目标或工作频率较高的调频连续波雷达，顺序切换计算的角度及反序切换计算的角度将产生混叠，导致匹配计算错误[L.Yang,L.Liwan,P.Weifeng,C.Yaqin,and F.Zhenghe,“Signal processingmethod for switch antenna array of the FMCW radar,”in Proc.IEEE Radar Conf.,Atlanta,GA,May 2001,pp.289–293.]。