角度估测方法及雷达系统技术方案

技术编号:20620191 阅读:54 留言:0更新日期:2019-03-20 13:24
一种角度估测方法及雷达系统。该角度估测方法用于一雷达系统,其中该雷达系统包括一第一天线阵列,该第一天线阵列包括M个天线,该角度估测方法包括取得对应于多个波束的多个波束成型权重向量;接收M个天线接收信号,其中该M个天线接收信号形成一接收向量;对该接收向量进行一扩增操作,以取得一增广接收向量;计算该增广接收向量与该多个波束成型权重向量的相关性,以取得对应于该多个波束的多个结果;以及根据该多个结果,判断一目标物的一来向角。本发明专利技术利用扩增操作形成增广接收向量,仿真或虚拟化虚拟天线的存在,其等效于窄化其所形成波束的波束宽度及其所形成波束的波束个数,而增进雷达系统的角度分辨能力,有效地利用有限的天线空间。

Angle estimation method and radar system

An angle estimation method and radar system. The angle estimation method is used in a radar system, in which the radar system includes a first antenna array comprising M antennas. The angle estimation method includes obtaining multiple beamforming weight vectors corresponding to multiple beams, receiving M antennas to receive signals, in which M antennas receive signals to form a receiving vector, and amplifying the receiving vector. In order to obtain an augmented receiving vector, the correlation between the augmented receiving vector and the weight vectors of the multiple beams is calculated to obtain multiple results corresponding to the multiple beams, and the direction of an object is judged according to the results. The invention utilizes the amplification operation to form an augmented receiving vector, simulates or virtualizes the existence of virtual antenna, which is equivalent to narrowing the beam width and the number of beams formed by the virtual antenna, and enhances the angle resolution ability of the radar system, effectively utilizing the limited antenna space.

【技术实现步骤摘要】
角度估测方法及雷达系统
本专利技术涉及一种角度估测方法及雷达系统,尤其涉及一种可提升角度分辨能力的角度估测方法及雷达系统。
技术介绍
振幅单脉冲(AmplitudeMonopulse)雷达系统通常是配置单一发射天线与多个接收天线,接收机通过波束成型(Beamforming)技术估测目标物来向角度。估测角度的方法依据不同角度的接收信号时间差,产生一个对应的相位差,相位差与目标物来向角度形成不同的增益,进行计算得出天线场型。接收机取得不同天线的接收信号能量差之后,利用和差比(delta-sumratio,Δ/Σ)可计算出目标来向角,而每一个波束的波束宽度(Beamwidth)将会影响对目标物角度的分辨性能。在振幅单脉冲雷达系统中,一个波束仅可用来检测一个目标物,因此对两个(或多个)具有相同距离与速度的目标物,雷达系统仅能通过不同的波束来分辨出每个目标物的角度。可预期的,波束宽度越窄,其角度分辨能力越好。现有技术利用增加发射天线或接收天线的天线个数来窄化波束宽度,然而,增加天线个数需面临增加天线空间及增加生产成本的缺点。因此,公知技术实有改善的必要。因此,需要提供一种角度估测方法及雷达系统来解决上述问题。
技术实现思路
因此,本专利技术的主要目的即在于提供一种可在不增加天线个数的前提下窄化波束宽度并提升角度分辨能力的角度估测方法及雷达系统,以改善公知技术的缺点。本专利技术公开一种角度估测方法,用于一雷达系统,其中该雷达系统包括一第一天线阵列,该第一天线阵列包括M个天线,该角度估测方法包括:取得对应于多个波束的多个波束成型权重向量,其中该多个波束成型权重向量的一维度为(2M-1),其中该多个波束对应多个特定来向角;接收对应于该第一天线阵列的该M个天线的M个天线接收信号,其中该M个天线接收信号形成一接收向量;对该接收向量进行一扩增操作,以取得一增广接收向量,其中该增广接收向量的一维度为(2M-1);计算该增广接收向量与该多个波束成型权重向量的相关性,以取得对应于该多个波束的多个结果;以及根据该多个结果,判断一目标物的一来向角。本专利技术还公开一种雷达系统,该雷达系统包括一第一天线阵列,该第一天线阵列包括M个天线,用来接收对应于该M个天线的M个天线接收信号,其中该M个天线接收信号形成一接收向量;一处理单元,耦接于该第一天线阵列,该处理单元用来执行以下步骤:取得对应于多个波束的多个波束成型权重向量,其中该多个波束成型权重向量的一维度为(2M-1),其中该多个波束对应多个特定来向角;对该接收向量进行一扩增操作,以取得一增广接收向量,其中该增广接收向量的一维度为(2M-1);计算该增广接收向量与该多个波束成型权重向量的相关性,以取得对应于该多个波束的多个结果;以及根据该多个结果,判断一目标物的一来向角。本专利技术利用扩增操作形成增广接收向量,仿真或虚拟化虚拟天线的存在,其等效于窄化其所形成波束的波束宽度及其所形成波束的波束个数,而增进雷达系统的角度分辨能力,有效地利用有限的天线空间。附图说明图1为本专利技术实施例一雷达系统的示意图。图2为本专利技术实施例一角度估测流程的示意图。图3为本专利技术实施例一第一天线阵列的天线场型示意图。图4为本专利技术实施例一第二天线阵列的天线场型示意图。主要组件符号说明:10雷达系统12处理单元20流程202~210步骤31~34、41~47波束AA1、AA2、VA1天线阵列R0~RM-1、TX、VR1~VRM-1天线具体实施方式请参考图1,图1为本专利技术实施例一雷达系统10的示意图。雷达系统10用来检测及判断目标物的来向角,其包括一传送天线TX、一第一天线阵列AA1以及一处理单元12。传送天线TX用来传送一雷达信号。第一天线阵列AA1用来接收该雷达信号的反射信号,其包括天线R0~RM-1。天线R0~RM-1为接收天线,其分别接收对应于天线R0~RM-1的天线接收信号r0~rM-1。天线R0~RM-1排列成一均匀线性阵列(UniformLinearArray,ULA),而天线接收信号r0~rM-1可被视为一接收向量r,举例来说,接收向量r可表示为行向量(ColumnVector)如r=[r0…rM-1]T。处理单元12可为数字信号处理器(DigitalSignalProcessor,DSP)或其他具运算功能的处理单元,其耦接于第一天线阵列AA1,用来根据接收向量r判断一目标物的一来向角(AngleofArrival,AoA)。具体来说,处理单元12对接收向量r进行一扩增操作,以取得向量维度(Dimension)为(2M-1)的一增广(Augmented)接收向量r(A),再对增广接收向量r(A)进行相关于接收数字波束成型(ReceiveDigitalBeamforming)的运算操作,并据以判断目标物的来向角。经过扩增操作后的增广接收向量r(A)相当于由具有(2M-1)个天线的天线阵列所接收到的接收向量。详细来说,藉由处理单元12对接收向量r进行的扩增操作以及形成针对增广接收向量r(A)的波束成型权重向量(BeamformingWeightingVector),处理单元12虚拟化(Virtualize)或仿真(Simulate)虚拟天线VR1~VRM-1,并针对对应于虚拟天线VR1~VRM-1的信号进行信号处理。如此一来,虚拟天线VR1~VRM-1可视为一虚拟天线阵列VA1,而第一天线阵列AA1与虚拟天线阵列VA1可视为一第二天线阵列AA2,第二天线阵列AA2亦为一均匀线性阵列。经过扩增操作后的增广接收向量r(A)即可视为第二天线阵列AA2所接收到的接收信号(或接收向量)。由于增广接收向量r(A)相当于由具有(2M-1)个天线的第二天线阵列AA2所接收到的接收信号/接收向量,根据增广接收向量r(A)判断目标物的来向角,可增加雷达系统10的角度分辨能力。关于雷达系统10的操作,请参考图2,图2为本专利技术实施例一角度估测流程20的示意图。角度估测流程20可由雷达系统10来执行,其包括以下步骤:步骤202:取得对应于多个波束BF0~BFK-1的多个波束成型权重向量c0~cK-1。步骤204:接收天线R0~RM-1的天线接收信号r0~rM-1,其中天线接收信号r0~rM-1形成接收向量r。步骤206:对接收向量r进行扩增操作,以取得增广接收向量r(A),其中增广接收向量r(A)的维度为(2M-1)。步骤208:计算增广接收向量r(A)与波束成型权重向量c0~cK-1的相关性,以取得对应于波束BF0~BFK-1的多个结果y0~yK-1。步骤210:根据多个结果y0~yK-1,判断目标物的来向角。简单来说,雷达系统10利用步骤206来虚拟化虚拟天线阵列VA1,并利用步骤202来取得多个波束成型权重向量c0~cK-1,而波束成型权重向量c0~cK-1用来在步骤208中对天线R0~RM-1及虚拟天线VR1~VRM-1的信号进行信号处理(其包含于接收数字波束成型的运算操作)。如此一来,连同雷达系统10实体上具有的第一天线阵列AA1,雷达系统10相当于具有(2M-1)个天线的第二天线阵列AA2。也就是说,雷达系统10相当于利用具有(2M-1)个天线的第二天线阵列AA2来判断目标物的来向角,以增加雷达系统10的角度分辨能力。详细来说,在步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种角度估测方法,用于一雷达系统,其中该雷达系统包括一第一天线阵列,该第一天线阵列包括M个天线,该角度估测方法包括:取得对应于多个波束的多个波束成型权重向量,其中该多个波束成型权重向量的一维度为(2M-1),其中该多个波束对应多个特定来向角;接收对应于该第一天线阵列的该M个天线的M个天线接收信号,其中该M个天线接收信号形成一接收向量;对该接收向量进行一扩增操作,以取得一增广接收向量,其中该增广接收向量的一维度为(2M-1);计算该增广接收向量与该多个波束成型权重向量的相关性,以取得对应于该多个波束的多个结果;以及根据该多个结果,判断一目标物的一来向角。

【技术特征摘要】
1.一种角度估测方法,用于一雷达系统,其中该雷达系统包括一第一天线阵列,该第一天线阵列包括M个天线,该角度估测方法包括:取得对应于多个波束的多个波束成型权重向量,其中该多个波束成型权重向量的一维度为(2M-1),其中该多个波束对应多个特定来向角;接收对应于该第一天线阵列的该M个天线的M个天线接收信号,其中该M个天线接收信号形成一接收向量;对该接收向量进行一扩增操作,以取得一增广接收向量,其中该增广接收向量的一维度为(2M-1);计算该增广接收向量与该多个波束成型权重向量的相关性,以取得对应于该多个波束的多个结果;以及根据该多个结果,判断一目标物的一来向角。2.如权利要求1所述的角度估测方法,其中该多个波束成型权重向量的一波束成型权重向量代表一第二天线阵列对应该多个特定来向角中一特定来向角的一指向向量,该第二天线阵列为相当于具有(2M-1)个天线的天线阵列。3.如权利要求1所述的角度估测方法,其中对该接收向量进行该扩增操作,以取得该增广接收向量的步骤包括:对该M个天线接收信号中(M-1)个天线接收信号进行一共轭运算,以取得(M-1)个共轭信号;以及取得该增广接收向量为该(M-1)个共轭信号与该M个天线接收信号所形成的向量。4.如权利要求1所述的角度估测方法,其中该接收向量中M个天线接收信号记为r0,r1,…,rM-1,该接收向量相关于[r0,r1,…,rM-1],该增广接收向量相关于[rM-1*,…,r1*,r0,r1,…,rM-1],该M个天线接收信号为该第一天线阵列中M个天线所接收到的信号。5.如权利要求1所述的角度估测方法,其中计算该增广接收向量与该多个波束成型权重向量的相关性,以取得该多个结果的步骤包括:将该增广接收向量与该多个波束成型权重向量进行一内积运算,以取得该多个结果。6.如权利要求1所述的角度估测方法,其中计算该增广接收向量与该多个波束成型权重向量的相关性,以取得该多个结果的步骤包括:计算对应于一波束成型权重向量的一结果相关于ciHr(A);其中,r(A)代表该增广接收向量,ci代表该波束成型权重向量,ciH代表ci的共轭转置。7.如权利要求1所述的角度估测方法,其中根据该多个结果,判断该目标物的该来向角的步骤包括:取得该多个结果中具有最大值的一第一结果,其中该第一结果对应一第一波束;以及判断该目标物的该来向角相关于对应于该第一结果的一第一特定来向角,其中该来向角与该第一特定来向角之间的差值小于一范围,该范围相关于该第一波束的一第一波束宽度。8.一种雷...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭奇政萧兴隆廖旗涌李政达
申请(专利权)人:启碁科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:中国台湾,71

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