空间目标二维角度的测量方法、装置、电子设备及介质制造方法及图纸

本申请提供了一种空间目标二维角度的测量方法、装置、电子设备及存储介质，测量方法包括：在由多个阵元组成的稀疏阵列中，获取每个阵元接收到的针对空间目标的回波信号；针对每个阵元，将该阵元接收到的回波信号进行信号处理，提取出该阵元的基波信号；基于每个阵元的基波信号，得到单比特波束幅度的表达式，将单比特波束幅度在最大值时表达式中的方位角的取值确定为空间目标针对稀疏阵列的测量方位角，将单比特波束幅度在最大值时表达式中的俯仰角的取值确定为空间目标针对稀疏阵列的测量俯仰角。采用本申请提供的技术方案能够降低大规模天线阵列信号采集的复杂性，减轻数据处理、存储和传输的负担，从而节省功耗、成本和计算量。算量。算量。

【技术实现步骤摘要】
空间目标二维角度的测量方法、装置、电子设备及介质


[0001]本申请涉及信号处理
，尤其是涉及一种空间目标二维角度的测量方法、装置、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]在例如电子侦察或者分析检测干扰信号的场景中，需要测量空间目标的方位角和俯仰角，从而对空间目标进行定位，在测量空间目标的方位角和俯仰角的过程中，稀疏阵列能够充分利用有限的阵元数和物理空间，实现更高精度、更多空间目标的角度估计。在阵元数量一定的前提下，相较于紧密排布的均匀阵列，稀疏阵列具有更大的孔径与自由度，能够在测向精度和分辨率等方面提供更好的性能；当阵列孔径相同时，其所需的物理阵列又远小于均匀阵列，这意味着信号处理系统的规模很小，从而降低成本。同时，由于相邻阵元之间的间距变大，稀疏阵列能够有效减弱天线之间的互耦效应，削弱其对测向精度的影响。
[0003]目前，随着高分辨应用需求的不断增长，阵列规模也在不断增加，即使采用稀疏布阵的方式，仍然无法避免给信号采集、处理、传输和存储带来巨大的压力。在传统的基于奈奎斯特采样速率的数据采集方案中，需要对信号进行高精度的量化，而ADC（Analog to Digital Converter，模数转换器）的采样速率受量化比特精度的影响，过高的比特精度会加重ADC的负担，增大系统功耗。在实际应用中，每一个阵元都需要一个ADC来对数据进行模拟到数字的转换，当阵列规模的扩大时，伴随而来的是成本的增加；因此，如何对空间目标进行角度估计，以节省功耗降低成本，成为了亟待解决的问题。

技术实现思路
/>[0004]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种空间目标二维角度的测量方法、装置、电子设备及存储介质，能够在不牺牲角度分辨率的情况下，通过稀疏阵列合理部署的少量天线，降低天线之间的互耦影响，同时通过信号处理提取的基波信号确定空间目标的二维角度，降低大规模天线阵列信号采集的复杂性，减轻数据处理、存储和传输的负担，从而节省功耗、成本和计算量。
[0005]本申请主要包括以下几个方面：第一方面，本申请实施例提供了一种空间目标二维角度的测量方法，所述测量方法包括：在由多个阵元组成的稀疏阵列中，获取每个阵元接收到的针对空间目标的回波信号；针对每个阵元，将该阵元接收到的所述回波信号进行信号处理，提取出该阵元的基波信号；基于每个阵元的基波信号，得到所述稀疏阵列的单比特波束幅度的表达式，并基于所述单比特波束幅度的表达式，确定所述单比特波束幅度的最大值；在所述单比特波束幅度的表达式中，将所述单比特波束幅度在最大值时所述表达
式中的方位角的取值确定为所述空间目标针对所述稀疏阵列的测量方位角，将所述单比特波束幅度在最大值时所述表达式中的俯仰角的取值确定为所述空间目标针对所述稀疏阵列的测量俯仰角。
[0006]进一步的，所述针对每个阵元，将该阵元接收到的所述回波信号进行信号处理，提取出该阵元的基波信号的步骤，包括：针对每个阵元，将该阵元接收到的所述回波信号进行模拟下变频处理，得到该阵元的中频信号；将该阵元的中频信号按照预设采样点数以及预设采样频率进行采样，得到该阵元采样后的中频信号；对该阵元采样后的中频信号进行单比特量化处理，得到该阵元的单比特量化信号；对该阵元的单比特量化信号进行滤波处理，提取出该阵元的基波信号。
[0007]进一步的，所述基于每个阵元的基波信号，得到所述稀疏阵列的单比特波束幅度的表达式的步骤，包括：基于每个阵元的基波信号，确定每个阵元的基波信号矢量，将所述每个阵元的基波信号矢量构成的矩阵，确定为所述稀疏阵列的基波信号矩阵；将所述稀疏阵列的基波信号矩阵与所述稀疏阵列的基波信号矩阵的共轭转置矩阵的乘积，确定为第一矩阵；获取所述第一矩阵的数学期望，将所述第一矩阵的数学期望，确定为所述空间目标针对所述稀疏阵列的协方差矩阵；获取每个阵元的权重，将所述每个阵元的权重构成的矢量，确定为权重矢量；将所述权重矢量的共轭转置、所述稀疏阵列的协方差矩阵以及所述权重矢量依次相乘，得到所述空间目标针对所述稀疏阵列的方位谱；将所述方位谱开根号，得到所述空间目标针对所述稀疏阵列的单比特波束幅度的表达式。
[0008]进一步的，通过以下步骤得到该阵元的中频信号：获取本地振荡信号；将该阵元接收到的所述回波信号与所述本地振荡信号的乘积，确定为该阵元的中频信号。
[0009]进一步的，通过以下步骤得到该阵元的单比特量化信号：获取符号函数表达式和贝塞尔函数的级数表达式；将该阵元采样后的中频信号中的实部带入所述符号函数表达式中，得到实部符号表达式，并将该阵元采样后的中频信号中的虚部带入所述符号函数表达式中，得到虚部符号表达式；使用所述贝塞尔函数的级数表达式对所述实部符号表达式进行化简，得到实部简化表达式，使用所述贝塞尔函数的级数表达式对所述虚部符号表达式进行化简，得到虚部简化表达式；将所述实部简化表达式与所述虚部简化表达式的组合，确定为该阵元的单比特量化信号。
[0010]进一步的，所述对该阵元的单比特量化信号进行滤波处理，提取出该阵元的基波信号的步骤，包括：对该阵元的单比特量化信号划分成D个子信道，对每个子信道的单比特量化信号进行D倍抽取，得到每个子信道抽取后的信号；对所述每个子信道抽取后的信号通过低通滤波器进行滤波，得到每个子信道滤波后的信号；将所述每个子信道滤波后的信号通过快速傅里叶变换，得到每个子信道输出的时域信号；在所述D个子信道包括的每个子信道输出的时域信号中，基于每个时域信号的频率，将频率最小的时域信号确定为该阵元的基波信号，并提取所述基波信号。
[0011]第二方面，本申请实施例还提供了一种空间目标二维角度的测量装置，所述测量装置包括：获取模块，用于在由多个阵元组成的稀疏阵列中，获取每个阵元接收到的针对空间目标的回波信号；提取模块，用于针对每个阵元，将该阵元接收到的所述回波信号进行信号处理，提取出该阵元的基波信号；处理模块，用于基于每个阵元的基波信号，得到所述稀疏阵列的单比特波束幅度的表达式，并基于所述单比特波束幅度的表达式，确定所述单比特波束幅度的最大值；确定模块，用于在所述单比特波束幅度的表达式中，将所述单比特波束幅度在最大值时所述表达式中的方位角的取值确定为所述空间目标针对所述稀疏阵列的测量方位角，将所述单比特波束幅度在最大值时所述表达式中的俯仰角的取值确定为所述空间目标针对所述稀疏阵列的测量俯仰角。
[0012]进一步的，所述提取模块具体用于：针对每个阵元，将该阵元接收到的所述回波信号进行模拟下变频处理，得到该阵元的中频信号；将该阵元的中频信号按照预设采样点数以及预设采样频率进行采样，得到该阵元采样后的中频信号；对该阵元采样后的中频信号进行单比特量化处理，得到该阵元的单比特量化信号；对该阵元的单比特量化信号进行滤波处理，提取出该阵元的基波信号。
[0013]第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间目标二维角度的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：在由多个阵元组成的稀疏阵列中，获取每个阵元接收到的针对空间目标的回波信号；针对每个阵元，将该阵元接收到的所述回波信号进行信号处理，提取出该阵元的基波信号；基于每个阵元的基波信号，得到所述稀疏阵列的单比特波束幅度的表达式，并基于所述单比特波束幅度的表达式，确定所述单比特波束幅度的最大值；在所述单比特波束幅度的表达式中，将所述单比特波束幅度在最大值时所述表达式中的方位角的取值确定为所述空间目标针对所述稀疏阵列的测量方位角，将所述单比特波束幅度在最大值时所述表达式中的俯仰角的取值确定为所述空间目标针对所述稀疏阵列的测量俯仰角。2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述针对每个阵元，将该阵元接收到的所述回波信号进行信号处理，提取出该阵元的基波信号的步骤，包括：针对每个阵元，将该阵元接收到的所述回波信号进行模拟下变频处理，得到该阵元的中频信号；将该阵元的中频信号按照预设采样点数以及预设采样频率进行采样，得到该阵元采样后的中频信号；对该阵元采样后的中频信号进行单比特量化处理，得到该阵元的单比特量化信号；对该阵元的单比特量化信号进行滤波处理，提取出该阵元的基波信号。3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述基于每个阵元的基波信号，得到所述稀疏阵列的单比特波束幅度的表达式的步骤，包括：基于每个阵元的基波信号，确定每个阵元的基波信号矢量，将所述每个阵元的基波信号矢量构成的矩阵，确定为所述稀疏阵列的基波信号矩阵；将所述稀疏阵列的基波信号矩阵与所述稀疏阵列的基波信号矩阵的共轭转置矩阵的乘积，确定为第一矩阵；获取所述第一矩阵的数学期望，将所述第一矩阵的数学期望，确定为所述空间目标针对所述稀疏阵列的协方差矩阵；获取每个阵元的权重，将所述每个阵元的权重构成的矢量，确定为权重矢量；将所述权重矢量的共轭转置、所述稀疏阵列的协方差矩阵以及所述权重矢量依次相乘，得到所述空间目标针对所述稀疏阵列的方位谱；将所述方位谱开根号，得到所述空间目标针对所述稀疏阵列的单比特波束幅度的表达式。4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，通过以下步骤得到该阵元的中频信号：获取本地振荡信号；将该阵元接收到的所述回波信号与所述本地振荡信号的乘积，确定为该阵元的中频信号。5.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，通过以下步骤得到该阵元的单比特量化信号：获取符号函数表达式和贝塞尔函数的级数表达式；
将该阵元采样后的中频信号中的实部带入所述符号函数表达式中，得到实部符号表达式，并将该阵元采样后的中频信号中的虚部带入所述符号函数表达式中，得到虚部符号表达式；使用所述贝塞尔函...

【专利技术属性】
技术研发人员：席峰，吕书懿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：