CN117031409A - 远距离雷达探测方法、存储介质和电子设备 - Google Patents

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CN117031409A CN202311274225.1A CN202311274225A CN117031409A CN 117031409 A CN117031409 A CN 117031409A CN 202311274225 A CN202311274225 A CN 202311274225A CN 117031409 A CN117031409 A CN 117031409A
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Abstract

本申请公开了一种远距离雷达探测方法、存储介质和电子设备，方法包括单次探测步骤：控制雷达发射端生成合成发射信号并输入巴勒特矩阵的目标输入端口，所述合成发射信号由至少两路发射通道的发射信号合成；巴勒特矩阵通过至少两路天线发射角度偏转后的目标波束信号，不同的目标输入端具有不同的目标覆盖角度，因此既能合成发射功率实现远距离探测，通过输入巴勒特矩阵的不同输入端，还能覆盖较大的角度；控制雷达接收端接收所述目标覆盖角度范围内的目标回波波束；对所述目标回波波束进行目标检测分析，得到所述目标覆盖角度范围对应的探测信息。

Description

远距离雷达探测方法、存储介质和电子设备
技术领域
本申请涉及雷达探测技术领域，尤其涉及一种远距离雷达探测方法、存储介质和电子设备。
背景技术
在雷达探测领域，包括以下两种方式：一是采用常用的MIMO架构，在发射-接收端形成联合数字波束，该方法具有成本低的优点，但由于发射端无法进行波束合成，因此回波功率较小，不适应于远距离探测，也可以通过增加发射单元的数量实现远距离探测，但如此发射角度则会大大减少，无法实现较大的覆盖角度；二是在每个发射单元后面增加移相器对发射波束进行合成，如此能够发射功率能够实现远距离探测的需求，发射波束也具有较大的覆盖角度，然而移相器的成本较高，超出大部分民用设备的成本，无法实现广泛使用。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术中实现远距离探测成本较高的不足，提供一种成本较低的远距离雷达探测方法、存储介质和电子设备。
本申请的技术方案提供一种远距离雷达探测方法，包括单次探测步骤：
控制雷达发射端生成合成发射信号并输入巴勒特矩阵的目标输入端口，所述合成发射信号由至少两路发射通道的发射信号合成；
控制所述巴勒特矩阵通过至少两路发射天线发射目标波束信号，所述目标波束信号的发射角度范围为所述目标输入端口对应的目标覆盖角度范围；
控制雷达接收端接收所述目标覆盖角度范围内的目标回波波束；
对所述目标回波波束进行目标检测分析，得到所述目标覆盖角度范围对应的探测信息。
进一步地，所述巴勒特矩阵包括至少两个输入端口；
所述方法还包括：
按照预设顺序依次选择其中一个所述输入端口作为目标输入端口，循环执行所述单次探测步骤。
进一步地，所述巴勒特矩阵包括四个输入端口，四个所述输入端口对应的目标覆盖角度范围依次为-60°至-30°、-30°至0°、0°至30°、30°至60°。
进一步地，所述控制所述巴勒特矩阵输出目标波束信号，具体包括：
根据所述目标输入端口确定目标相位差；
控制相邻输出端口的发射端形成所述目标相位差，并通过所有所述输出端口发射目标波束信号，以使所述目标波束信号的发射角度范围为所述目标输入端口对应的目标覆盖角度范围。
进一步地，所述控制雷达接收端接收所述目标覆盖角度范围内的目标回波波束，具体包括：
控制雷达接收端的每路接收天线接收目标回波信号；
在每路接收通道中将所述目标回波信号转换为数字回波信号，每路所述接收天线对应一路所述接收通道；
根据所述目标覆盖角度范围对所有所述接收通道的数字回波信号进行相位加权生成目标回波波束。
进一步地，所述目标回波波束包括至少两束数字波束，所有所述数字波束的覆盖范围之和等于所述目标覆盖角度。
进一步地，所述目标覆盖角度为30°，所述目标回波波束包括四束数字波束，每束数字波束的覆盖范围为7.5°。
进一步地，所述控制雷达发射端生成合成发射信号，具体包括：
控制至少两路发射通道向功率合成器发出等功率发射信号；
控制所述功率合成器对所述等功率发射信号进行功率合成，生成所述合成发射信号。
本申请的技术方案还提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如前所述的远距离雷达探测方法。
本申请的技术方案还提供一种电子设备，包括至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前所述的远距离雷达探测方法。
采用上述技术方案后，具有如下有益效果：
本申请生成合成发射信号输入巴勒特矩阵的目标输入端，巴勒特矩阵通过至少两路天线发射角度偏转后的目标波束信号，不同的目标输入端具有不同的目标覆盖角度，因此既能合成发射功率实现远距离探测，通过输入巴勒特矩阵的不同输入端，还能覆盖较大的角度；雷达接收端接收对应的目标覆盖角度范围内的目标回波波束进行目标监测分析，即可得到目标覆盖角度范围对应的探测信息。
附图说明
参见附图，本申请的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本申请的保护范围构成限制。图中：
图1是本申请一实施例中远距离雷达探测方法的流程图；
图2是4×4巴勒特矩阵的原理图；
图3是4×4巴勒特矩阵的波束辐射角度的示意图；
图4是雷达发射端的结构示意图；
图5是雷达接收端的结构示意图；
图6是本申请一较佳实施例中远距离雷达探测方法的流程图；
图7是本申请一实施例中电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本申请的具体实施方式。
容易理解，根据本申请的技术方案，在不变更本申请实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本申请的技术方案的示例性说明，而不应当视为本申请的全部或视为对申请技术方案的限定或限制。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述属于在本申请中的具体含义。
远距离雷达探测方法：
本申请实施例中的远距离雷达探测方法，如图1所示，包括单次探测步骤：
步骤S101：控制雷达发射端生成合成发射信号并输入巴勒特矩阵的目标输入端口，合成发射信号由至少两路发射通道的发射信号合成。
其中，合成发射信号由至少两路发射通道的发射信号进行功率合成后生成，每路发射通道发出的发射信号的功率相等。具体为，至少两路发射通道向功率合成器发出等功率发射信号，控制功率合成器对所有等功率发射信号进行功率合成，生成合成发射信号。
巴勒特矩阵（Butler矩阵）是一种具有多输入多输出的馈电网络，一个N×N巴勒特矩阵馈电网络具有 N 个输入端口和 N 个输出端口，当某一个输入端口馈电时，N个输出端口可实现等幅输出，并且相邻输出端口的相位差相等，从而实现波束角度的偏转。不同的输入端口馈电时，相邻输出端口的相位差不同，因此通过不同的输入端口馈电，能够实现波束不同角度的偏转，图2和图3分别示出了4×4巴勒特矩阵的原理图和波束辐射角度的示意图。
巴勒特矩阵的输入端口和输出端口数量决定了其对波束的偏移角度范围，每次发射时选择巴勒特矩阵的其中一个输入端口作为目标输入端口输入合成发射信号。如图4所示，四路发射通道向功率合成器401发射等功率发射信号，功率合成器401进行功率合成后将合成发射信号发送至选择开关402，选择开关402选择其中一个巴勒特矩阵403的其中一个输入端口作为目标输入端口输入合成发射信号。
步骤S102：控制巴勒特矩阵通过至少两路发射天线发射目标波束信号，目标波束信号的发射角度范围为目标输入端口对应的目标覆盖角度范围。
巴勒特矩阵接收到合成发射信号，从各路发射天线发射出目标波束信号，目标波束信号为经过角度偏移后的波束信号，其发射角度范围为目标输入端口对应的目标覆盖角度范围。对于4×4巴勒特矩阵，目标输入端口为图2中的端口1’，则目标覆盖角度为图3中的波瓣1’； 目标输入端口为图2中的端口2’，则目标覆盖角度为图3中的波瓣2’； 目标输入端口为图2中的端口3’，则目标覆盖角度为图3中的波瓣3’； 目标输入端口为图2中的端口4’，则目标覆盖角度为图3中的波瓣4’。
步骤S103：控制雷达接收端接收目标覆盖角度范围内的目标回波波束。
雷达接收端包括多个接收天线，接收时所有接收天线同时接收目标覆盖角度范围的目标回波波束。
步骤S104：对目标回波波束进行目标检测分析，得到目标覆盖角度范围对应的探测信息。
目标回波波束可以转换为数字波束，对数字波束进行目标检测分析，即可得到目标覆盖角度范围对应的探测信息。目标检测分析可以采用现有技术中的目标检测分析方法，例如变频-MTI-MTD-CFAR-目标检测流程。
本申请实施例中生成合成发射信号输入巴勒特矩阵的目标输入端，巴勒特矩阵通过至少两路天线发射角度偏转后的目标波束信号，不同的目标输入端具有不同的目标覆盖角度，因此既能合成发射功率实现远距离探测，通过输入巴勒特矩阵的不同输入端，还能覆盖较大的角度。
在其中一个实施例中，巴勒特矩阵包括至少两个输入端口；
远距离雷达探测方法还包括：
按照预设顺序依次选择其中一个所述输入端口作为目标输入端口，循环执行所述单次探测步骤。
具体来说，巴勒特矩阵的每个输入端口对应不同的目标覆盖范围，在进行远距离雷达探测时，根据预设顺序依次选择每个输入端口作为目标输入端口，从而能够实现在巴勒特矩阵的全部角度覆盖范围内的目标探测。
其中，预设顺序可以根据对应的目标覆盖范围的大小关系进行排序，以4×4巴勒特矩阵为例，四个输入端口1’、 2’、 3’、 4’对应的目标覆盖角度范围依次为-60°至-30°、-30°至0°、0°至30°、30°至60°，则预设顺序可以设置为1’、 2’、 3’、 4’，从而实现从-60°至60°共120°范围内所有空域的目标探测。
在其中一个实施例中，控制巴勒特矩阵输出目标波束信号，具体包括：
根据所述目标输入端口确定目标相位差；
控制相邻输出端口的发射端形成目标相位差，并通过所有输出端口发射目标波束信号，以使目标波束信号的发射角度范围为目标输入端口对应的目标覆盖角度范围。
具体来说，对于不同的输入端口，巴勒特矩阵通过调整相邻输出端口的发射端之间的相位差，实现发射波束的发射角度。巴勒特矩阵的输出端口设有发射天线，即通过调整相邻发射天线的相位差调整发射波束的发射角度。
在接收到合成发射信号后，根据目标输入端口确定目标相位差，之后控制相邻输出端口的发射端之间形成目标相位差，此时通过输出端口发射目标波束信号，使得目标波束信号的发射角度范围为目标覆盖角度范围。
以4×4巴勒特矩阵为例，目标输入端口为输入端口1’时，目标相位差为45°，对应的目标覆盖角度范围依次为-60°至-30°；目标输入端口为输入端口2’时，目标相位差为135°，对应的目标覆盖角度范围依次为-30°至0°；目标输入端口为输入端口3’时，目标相位差为-135°，对应的目标覆盖角度范围依次为0°至30°；目标输入端口为输入端口4’时，目标相位差为-45°，对应的目标覆盖角度范围依次为30°至60°。
在其中一个实施例中，控制雷达接收端接收目标覆盖角度范围内的目标回波波束，具体包括：
控制雷达接收端的每路接收天线接收目标回波信号；
在每路接收通道中将目标回波信号转换为数字回波信号，每路接收天线对应一路接收通道；
根据目标覆盖角度范围对所有接收通道的数字回波信号进行相位加权生成目标回波波束。
具体来说，每次接收目标回波信号时，雷达接收端的所有接收天线同时进行接收，之后在对应的接收通道中，对每路回波信号进行AD采样，将其转换为数字回波信号。之后根据目标覆盖角度范围对所有数字回波信号进行相位加权生成目标回波波束：获取目标覆盖角度对应的目标相位差，根据目标相位差和目标回波波束的数量对所有数字回波信号进行相位加权，从而生成目标回波波束。
其中，目标回波波束包括至少两束数字波束，所有数字波束的覆盖范围之和等于目标覆盖角度。单个数字波束的覆盖范围越大，其探测距离越小，为了提高回波探测的距离，对于一个目标覆盖角度范围的目标回波信号，设置多个数字波束，所有数字波束的覆盖范围之和等于目标覆盖角度。
对于4×4巴勒特矩阵，每个目标覆盖角度范围的角度为30°，目标回波波束包括四束数字波束，每束数字波束的覆盖范围为7.5°。
雷达接收端的接收天线的数量越多，每束数字波束的覆盖范围越小，为此根据每束数字波束的覆盖范围，可以确定雷达接收端的接收天线的数量。数字波束的覆盖范围为7.5°时，接收天线的数量为16，雷达接收端的结构如图5所示。
本申请实施例在雷达接收端采用数字波束形成技术，同时生成多数数字波束跟随目标波束信号，覆盖目标波束信号的覆盖角度范围，具有一定的角度分辨力，排除波束外强干扰的影响。
图6示出了本申请一较佳实施例中的远距离雷达探测方法，具体包括：
步骤S601：控制至少两路发射通道向功率合成器发出等功率发射信号，生成合成发射信号并输入巴勒特矩阵的输入端口1’；
步骤S602：控制巴勒特矩阵的相邻输出端口的发射端形成45°相位差，并通过所有输出端口发射目标波束信号，目标波束信号的目标覆盖角度范围为-60°至-30°；
步骤S603：控制雷达接收端的每路接收天线接收目标回波信号，在每路接收通道中将目标回波信号转换为数字回波信号；
步骤S604：对所有数字回波信号进行相位加权生成目标回波波束，包括四束数字波束，其覆盖范围依次为-60°至-52.5°、-52.5°至-45°、-45°至-37.5°、-37.5°至-30°；
步骤S605：对目标回波波束进行目标检测分析，得到-60°至-30°范围对应的探测信息；
步骤S606：控制至少两路发射通道向功率合成器发出等功率发射信号，生成合成发射信号并输入巴勒特矩阵的输入端口2’；
步骤S607：控制巴勒特矩阵的相邻输出端口的发射端形成135°相位差，并通过所有输出端口发射目标波束信号，目标波束信号的目标覆盖角度范围为-30°至0°；
步骤S608：控制雷达接收端的每路接收天线接收目标回波信号，在每路接收通道中将目标回波信号转换为数字回波信号；
步骤S609：对所有数字回波信号进行相位加权生成目标回波波束，包括四束数字波束，其覆盖范围依次为-30°至-22.5°、-22.5°至-15°、-15°至-7.5°、-7.5°至0°；
步骤S610：对目标回波波束进行目标检测分析，得到-30°至0°范围对应的探测信息；
步骤S611：控制至少两路发射通道向功率合成器发出等功率发射信号，生成合成发射信号并输入巴勒特矩阵的输入端口3’；
步骤S612：控制巴勒特矩阵的相邻输出端口的发射端形成-135°相位差，并通过所有输出端口发射目标波束信号，目标波束信号的目标覆盖角度范围为0°至30°；
步骤S613：控制雷达接收端的每路接收天线接收目标回波信号，在每路接收通道中将目标回波信号转换为数字回波信号；
步骤S614：对所有数字回波信号进行相位加权生成目标回波波束，包括四束数字波束，其覆盖范围依次为30°至22.5°、22.5°至15°、15°至7.5°、7.5°至0°；
步骤S615：对目标回波波束进行目标检测分析，得到0°至30°范围对应的探测信息；
步骤S616：控制至少两路发射通道向功率合成器发出等功率发射信号，生成合成发射信号并输入巴勒特矩阵的输入端口4’；
步骤S617：控制巴勒特矩阵的相邻输出端口的发射端形成-45°相位差，并通过所有输出端口发射目标波束信号，目标波束信号的目标覆盖角度范围为30°至60°；
步骤S618：控制雷达接收端的每路接收天线接收目标回波信号，在每路接收通道中将目标回波信号转换为数字回波信号；
步骤S619：对所有数字回波信号进行相位加权生成目标回波波束，包括四束数字波束，其覆盖范围依次为60°至52.5°，52.5°至45°，45°至37.5°，37.5°至30°；
步骤S620：对目标回波波束进行目标检测分析，得到30°至60°范围对应的探测信息。
存储介质：
本申请的技术方案还提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行前述任一实施例中的远距离雷达探测方法。
电子设备：
图7示出了本申请的一种电子设备，包括：
至少一个处理器701；以及，
与所述至少一个处理器701通信连接的存储器702；其中，
所述存储器702存储有被所述至少一个处理器701执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器701执行，以使所述至少一个处理器701能够执行前述任一方法实施例中的远距离雷达探测方法的所有步骤。
图7中以一个处理器701为例：
电子设备还可以包括：输入装置703和输出装置704。
处理器701、存储器702、输入装置703及输出装置704可以通过总线或者其他方式连接，图中以通过总线连接为例。
存储器702作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的远距离雷达探测方法对应的程序指令/模块，例如，图1或6所示的方法流程。处理器701通过运行存储在存储器702中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的远距离雷达探测方法。
存储器702可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据远距离雷达探测方法的使用所创建的数据等。此外，存储器702可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器702可选包括相对于处理器701远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至执行远距离雷达探测方法的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置703可接收输入的用户点击，以及产生与远距离雷达探测方法的用户设置以及功能控制有关的信号输入。输出装置704可包括显示屏等显示设备。
在所述一个或者多个模块存储在所述存储器702中，当被所述一个或者多个处理器701运行时，执行上述任意方法实施例中的远距离雷达探测方法。
以上所述的仅是本申请的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，将分别公开在不同的实施例中的技术方案适当组合而得到的实施方式也包括在本发明的技术范围内，在本申请原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种远距离雷达探测方法，其特征在于，包括单次探测步骤：
控制雷达发射端生成合成发射信号并输入巴勒特矩阵的目标输入端口，所述合成发射信号由至少两路发射通道的发射信号合成；
控制所述巴勒特矩阵通过至少两路发射天线发射目标波束信号，所述目标波束信号的发射角度范围为所述目标输入端口对应的目标覆盖角度范围；
控制雷达接收端接收所述目标覆盖角度范围内的目标回波波束；
对所述目标回波波束进行目标检测分析，得到所述目标覆盖角度范围对应的探测信息。
2.根据权利要求1所述的远距离雷达探测方法，其特征在于，所述巴勒特矩阵包括至少两个输入端口；
所述方法还包括：
按照预设顺序依次选择其中一个所述输入端口作为目标输入端口，循环执行所述单次探测步骤。
3.根据权利要求2所述的远距离雷达探测方法，其特征在于，所述巴勒特矩阵包括四个输入端口，四个所述输入端口对应的目标覆盖角度范围依次为-60°至-30°、-30°至0°、0°至30°、30°至60°。
4.根据权利要求1所述的远距离雷达探测方法，其特征在于，所述控制所述巴勒特矩阵输出目标波束信号，具体包括：
根据所述目标输入端口确定目标相位差；
控制相邻输出端口的发射端形成所述目标相位差，并通过所有所述输出端口发射目标波束信号，以使所述目标波束信号的发射角度范围为所述目标输入端口对应的目标覆盖角度范围。
5.根据权利要求4所述的远距离雷达探测方法，其特征在于，所述控制雷达接收端接收所述目标覆盖角度范围内的目标回波波束，具体包括：
控制雷达接收端的每路接收天线接收目标回波信号；
在每路接收通道中将所述目标回波信号转换为数字回波信号，每路所述接收天线对应一路所述接收通道；
根据所述目标覆盖角度范围对所有所述接收通道的数字回波信号进行相位加权生成目标回波波束。
6.根据权利要求1-5任一项所述的远距离雷达探测方法，其特征在于，所述目标回波波束包括至少两束数字波束，所有所述数字波束的覆盖范围之和等于所述目标覆盖角度。
7.根据权利要求4所述的远距离雷达探测方法，其特征在于，所述目标覆盖角度为30°，所述目标回波波束包括四束数字波束，每束数字波束的覆盖范围为7.5°。
8.根据权利要求1-5任一项所述的远距离雷达探测方法，其特征在于，所述控制雷达发射端生成合成发射信号，具体包括：
控制至少两路发射通道向功率合成器发出等功率发射信号；
控制所述功率合成器对所述等功率发射信号进行功率合成，生成所述合成发射信号。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如权利要求1-8任一项所述的远距离雷达探测方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-8任一项所述的远距离雷达探测方法。
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