安防雷達(dá)的制作方法
【專利摘要】傳統(tǒng)雷達(dá)伴有信號(hào)處理時(shí)間非常長(zhǎng)的問(wèn)題。本發(fā)明的安防雷達(dá)包括：信號(hào)向量形成單元，用于基于從對(duì)象反射的、并通過(guò)平板陣列天線接收的波形成信號(hào)向量；子矩陣形成單元，用于基于所述信號(hào)向量形成子矩陣；正則矩陣運(yùn)算單元，用于所述子矩陣計(jì)算正則矩陣；本征值分解單元，用于計(jì)算所述正則矩陣的本征值；以及角度計(jì)算單元，用于所述本征值計(jì)算所述對(duì)象所存在的角度。
【專利說(shuō)明】安防雷達(dá)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及安防雷達(dá)設(shè)備，更具體地，涉及這樣一種雷達(dá)設(shè)備，其保持高分辨率地估算來(lái)自對(duì)象的多個(gè)波的角度。
【背景技術(shù)】
[0002]雷達(dá)設(shè)備基本上需要用于基于來(lái)自對(duì)象的多個(gè)波保持高分辨率地估算對(duì)象的角度的處理的大量計(jì)算，即需要用于高分辨率處理的大量計(jì)算。此外對(duì)角度的分辨率要求越高，需要的信號(hào)處理的量越大。
[0003]在高分辨率處理方法中，以下描述了按分辨率降低的順序的相對(duì)公知的處理方法。處理時(shí)間也按該順序縮短。(I) ESPRIT〉(2) MUSIC) (3)最小模方法〉(4)線性估算方法〉(5) CAPON〉(6) DBF
術(shù)語(yǔ)“ESPRIT”是借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)的信號(hào)參數(shù)估算?！癕USIC”是多信號(hào)分類的縮寫，“DBF”是數(shù)字波束形成的縮寫。
[0004]處理時(shí)間在(I)和(2)之間與(3)和(4)之間極大的不同。這是因?yàn)樵诜椒?I)和
(2)中，應(yīng)通過(guò)本征值分解來(lái)處理信號(hào)協(xié)方差矩陣。具體的，在ESPRIT方法(I)中，需要多個(gè)本征值分解處理。
[0005]在應(yīng)用ESPRIT方法之前，通常有必要通過(guò)使用協(xié)方差矩陣的本征值來(lái)估算到來(lái)信號(hào)的數(shù)目。然而由于不佳的精確度，經(jīng)常導(dǎo)致不正確的數(shù)目。此外要慮到ESPRIT方法的處理時(shí)間的增加，基于試錯(cuò)類計(jì)算來(lái)估算信號(hào)的數(shù)目。
[0006]為了加快角度估算處理的運(yùn)算速度，已知用于通過(guò)行使維空間平滑化協(xié)方差矩陣并從所形成的矩陣選擇來(lái)執(zhí)行對(duì)象估算處理。
[0007]本雷達(dá)采用的天線為平板陣列天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的問(wèn)題是通過(guò)ESPRIT方法需要很長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)處理時(shí)間，必須在很短的時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行各種處理的安防雷達(dá)伴有傳統(tǒng)ESPRIT方法而實(shí)質(zhì)上難以估算角度問(wèn)題。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)下述方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:安防雷達(dá)，其特征在于，包括:信號(hào)向量形成單元，用于基于從對(duì)象反射的、并通過(guò)使用平板陣列天線波來(lái)形成信號(hào)向量；子矩陣形成單元，用于基于所述信號(hào)向量形成子矩陣；正則矩陣運(yùn)算單元，用于所述子矩陣計(jì)算正則矩陣；本征值分解單元，用于計(jì)算所述正則矩陣的本征值；角度計(jì)算單元，用于所述本征值計(jì)算所述對(duì)象所存在的角度。
[0010]進(jìn)一步，所述子矩陣是從依據(jù)所述信號(hào)向量計(jì)算的協(xié)方差矩陣而形成的。
[0011]進(jìn)一步，所述子矩陣是通過(guò)使用依據(jù)所述信號(hào)向量形成的列向量而形成的。
[0012]所述子矩陣是通過(guò)使用依據(jù)信號(hào)向量計(jì)算的協(xié)方差矩陣而計(jì)算出的。
[0013]進(jìn)一步，角度可靠性評(píng)估單元，用于評(píng)估所述計(jì)算的角度的可靠性。[0014]本發(fā)明的雷達(dá)設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn):在ESPRIT方法中需要單次本征值分解，并且以此要處理的矩陣維數(shù)為N-1，這使得可以縮短處理時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]通過(guò)閱讀以下與附圖一起給出的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將被更好的理解，其中:
圖1是在EPRIT方法中如何處理信號(hào)的流程圖；
圖2是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的安防雷達(dá)構(gòu)成圖；
圖3是示例信號(hào)處理單元中的信號(hào)處理的過(guò)程的流程圖；
圖4是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的安防雷達(dá)中的角度檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖；
圖5是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的計(jì)算角度過(guò)程的流程圖；
圖6A示出根據(jù)傳統(tǒng)TLS-ESPRIT方法的計(jì)算角度的結(jié)果；
圖6B示出通過(guò)使用本發(fā)明的安防雷達(dá)計(jì)算角度的結(jié)果；
圖7是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的安防雷達(dá)中的角度檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖；
圖8是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的計(jì)算角度的過(guò)程流程圖；
圖9是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的安防雷達(dá)中的角度檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖；
圖10是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的安防雷達(dá)設(shè)備中的角度檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖；
圖12是示出本征值不為I時(shí)的到來(lái)信號(hào)強(qiáng)度圖；
圖13是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的安防雷達(dá)中的角度檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖；
圖14時(shí)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的檢驗(yàn)角度的可靠性的方法的流程圖；
圖15時(shí)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5的檢驗(yàn)角度的可靠性的方法的流程圖；
圖16時(shí)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例6的檢驗(yàn)角度的可靠性的方法的流程圖；
圖17時(shí)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例7的檢驗(yàn)角度的可靠性的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的安防雷達(dá)。本發(fā)明的技術(shù)范圍不受到其實(shí)施例的限制，而是還涵蓋在權(quán)利要求中闡述的發(fā)明機(jī)器等同物。
[0017]本發(fā)明的天線系統(tǒng)用平板陣列天線。
[0018]圖1是在EPRIT方法中如何處理信號(hào)的流程圖。對(duì)于隨后的簡(jiǎn)單描述，假設(shè)安防雷達(dá)配備平板陣列天線。
[0019]在步驟S101，估算來(lái)波的數(shù)目；S102從數(shù)目L個(gè)接收天線提取由數(shù)目N個(gè)接收天線構(gòu)成的子陣列，同時(shí)移動(dòng)相位參考點(diǎn)，并且對(duì)由這些子陣列組成的信號(hào)應(yīng)用空間平滑化方法。接下來(lái)，在步驟S103，通過(guò)本征值分解來(lái)處理相關(guān)矩陣，并且在步驟S104，抽出信號(hào)子空間向量。
[0020]在LS方法的情況下，在步驟S105依據(jù)最小二乘法計(jì)算正則矩陣。
[0021]另一方面，在TLS方法的情況下，在步驟S106，通過(guò)本征值分解來(lái)處理信號(hào)自空間矩陣。
[0022]在步驟S107，形成在步驟S106獲得的本征向量矩陣。在步驟S108從本征向量矩陣計(jì)算正則矩陣。[0023]再通過(guò)LS方法或TLS方法得到正規(guī)矩陣之后，在步驟S109，計(jì)算第Ns維正則矩陣的本征值，并且在步驟SllO計(jì)算角度。
[0024]Ns是通過(guò)公知的AIC等估值的到來(lái)波的數(shù)目，并在最大處理負(fù)載時(shí)變?yōu)镹s=N_l。
[0025]在基于ESPRIT的方法中，具有最大處理負(fù)載的步驟是本征值的分解，并且主力的負(fù)載隨著矩陣的位數(shù)的增加而增加。根據(jù)ESPRIT方法進(jìn)行本征值分解的頻數(shù)依據(jù)處理在計(jì)算的方法中出現(xiàn)的正則矩陣的方法而不同，并且當(dāng)使用LS方法時(shí)是兩次，而當(dāng)使用TLS方法時(shí)是三次。根據(jù)TLS方法，通過(guò)使用展開的矩陣來(lái)使本征祥良種的誤差最小，因此，通過(guò)進(jìn)行與LS方法相比增加本征值分解的頻數(shù)而獲得最高精度。
[0026]本發(fā)明實(shí)例I的安防雷達(dá)。圖2是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的安防雷達(dá)構(gòu)成圖。信號(hào)形成單元6通過(guò)信號(hào)處理單元9中的發(fā)送/接受控制單元12來(lái)控制，并且從信號(hào)形成單元6輸出調(diào)制信號(hào)。振蕩器5饋送給予調(diào)制信號(hào)而調(diào)制的發(fā)送信號(hào)，并從發(fā)送天線I發(fā)送電磁波2。發(fā)送信號(hào)從對(duì)象或者目標(biāo)反射，并通過(guò)接收天線3a至3d作為反射波4a至4d接受。接受信號(hào)通過(guò)混合器7a至7d與發(fā)送信號(hào)混合。接受信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器8a至8d被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，饋送至信號(hào)處理單元9，通過(guò)快速傅里葉變換單元10來(lái)處理，并通過(guò)角度檢測(cè)單元11來(lái)檢測(cè)對(duì)象的角度。角度檢測(cè)單元11包括用于執(zhí)行本發(fā)明信號(hào)處理方法的CPUlll和存貯用于執(zhí)行信號(hào)處理方法的程序和存儲(chǔ)器112。
[0027]以下描述用于信號(hào)處理單元9中的信號(hào)處理的過(guò)程。圖3是示例次年號(hào)處理單元9中的信號(hào)處理的過(guò)程的流程圖，在步驟S201，對(duì)象信號(hào)處理單元9饋送的接受信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，并在步驟S202計(jì)算對(duì)象角度。將描述計(jì)算角度的方法。在步驟S203，計(jì)算與角度信息相關(guān)的距離和速度。在步驟S204，相信號(hào)處理單元9外部的單元發(fā)送包括其角度、距離和速度的目標(biāo)/對(duì)象數(shù)據(jù)。信號(hào)處理單元9是通過(guò)計(jì)算機(jī)中的算術(shù)單元CPU來(lái)執(zhí)行的程序，或者是其存儲(chǔ)單元上的示例。
[0028]本發(fā)明的安防雷達(dá)具有角度檢測(cè)單元11的結(jié)構(gòu)中的特征。圖4示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的安防雷達(dá)中的角度檢測(cè)單元11的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的安防雷達(dá)中的角度檢測(cè)單元11包括信號(hào)向量成單元13、協(xié)方差矩陣運(yùn)算單元14、子矩陣形成單元15、正則矩陣運(yùn)算單元16、本征值分解單元17和角度計(jì)算單元18。
[0029]信號(hào)向量單元13基于從對(duì)象反射的、并通過(guò)使用多個(gè)接收天線4a至4d接受的波來(lái)形成信號(hào)向量。協(xié)方差矩陣云端單元14從信號(hào)向量計(jì)算協(xié)方差矩陣。子矩陣次年過(guò)程單元15從協(xié)方差矩陣形成自矩陣。正則矩陣運(yùn)算單元16從子矩陣計(jì)算正則矩陣。本征值分解單元17計(jì)算正則矩陣的本征值。角度計(jì)算單元從本征值計(jì)算角度。
[0030]以下描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的安防雷達(dá)中計(jì)算角度的方法。圖5是示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的計(jì)算角度的過(guò)程的流程圖。本發(fā)明中，將協(xié)方差矩陣中的列向量看作跨信號(hào)子空間的向量。在步驟S301，信號(hào)響亮形成單元13基于從對(duì)象反射的波來(lái)形成的信號(hào)向量。在步驟S302，協(xié)方差矩陣單元14從信號(hào)向量計(jì)算協(xié)方差矩陣。
【權(quán)利要求】
1.安防雷達(dá)，其特征在于，包括: 信號(hào)向量形成單元，用于基于從對(duì)象反射的、并通過(guò)使用平板陣列天線波來(lái)形成信號(hào)向量; 子矩陣形成單元，用于基于所述信號(hào)向量形成子矩陣； 正則矩陣運(yùn)算單元，用于所述子矩陣計(jì)算正則矩陣； 本征值分解單元，用于計(jì)算所述正則矩陣的本征值； 角度計(jì)算單元，用于所述本征值計(jì)算所述對(duì)象所存在的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安防雷達(dá)，其特征在于，所述子矩陣是從依據(jù)所述信號(hào)向量計(jì)算的協(xié)方差矩陣而形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安防雷達(dá)，其特征在于，所述子矩陣是通過(guò)使用依據(jù)所述信號(hào)向量形成的列向量而形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安防雷達(dá)，其特征在于，所述子矩陣是通過(guò)使用依據(jù)信號(hào)向量計(jì)算的協(xié)方差矩陣而計(jì)算出的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述之一的安防雷達(dá)，其特征在于，所述雷達(dá)還包括:角度可靠性評(píng)估單元，用于評(píng)估所述計(jì)算的角度的可靠性。
【文檔編號(hào)】G01S7/02GK103543449SQ201210247123
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月17日
【發(fā)明者】任鐘坪, 李想, 童浩君 申請(qǐng)人:寧波寶興智能工程有限公司