本发明属于雷达测量领域，具体涉及一种24ghz连续波雷达测角方法。
背景技术：
目前24ghz雷达通常采用一发双收的模式，通过双天线相位差方法测角。这种方法测角精度受噪声、杂波影响较大，目标回波信噪比低时雷达测角精度差，严重影响了雷达的测角性能。
技术实现要素：
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种24ghz连续波雷达测角方法。天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，该方法包括如下步骤：
步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，adc并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：
s(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]
其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号；
步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行fft运算，分别得到频谱magr(m,1),m∈[1,8]；
步骤3：对频谱magr(m,1),m∈[1,8]进行非相参积累，得到频谱magracc，对magracc进行cfar检测得到频谱峰值点，分别得到谱峰位置对应的相位信息phi(m),m＝1...8；
步骤4：根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到y1(θn),θn∈[-60°,60°]；
步骤5：分别对s(m,i),i＝2...128进行步骤2～4得到yi(θn)，然后将y1(θn)～y128(θn)进行积累得到y(θn)，当θn＝θ0时输出响应|y(θ)|最大，测得目标的角度为θn。
进一步，所述单个接收阵元的单个线性调频周期内的差拍信号，具体表示为：
对于均匀分布接收阵元，由于阵元间距d＜＜r0，各接收阵元间的电磁波存在里程差δr，因此各接收阵元间的信号存在相位差
其中：θ为入射角度、c为光速传播速率，d为阵元间距。
进一步，所述步骤4中根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到y1(θn)，方法为：
当有入射角为θ0的平面波照射时，取s(θ0)为接收信号矢量，其元素
其中：wh为加权矢量、w*(m)为指向θn波束所需加权矢量、am加权矢量的幅度、θn为形成的波束角度。
有益效果：
为了说明该方法的数字波束形成测角度精度的优势，将该方法与相位差法测角方法进行仿真对比，对比结果如下表所示：
表1两种测角方法的测角精度对比
通过仿真分析可知，这种数字波束形成的测角精度要比双天线相位差测角的精度高。在实际应用中需要补偿各接收阵元的相位信息，在使用数字波束形成方法进行测角，相位补偿的质量也将对测角精度产生影响。
附图说明
图1为本发明24ghz连续波雷达测角工作原理框图；
图2为本发明24ghz连续波雷达测角方法的流程图；
图3为本发明的一个具体实施例中的24ghz天线阵元分布示意图；
图4为本发明的一个具体实施例中的24ghz连续波雷达测角方法的仿真图；
图5为本发明的一个具体实施例中的24ghz连续波雷达测角方法实际测角结果图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1为24ghz连续波雷达测角工作原理框图。雷达发射锯齿状的线性调频信号，它是由连续的线性调频脉冲串组成。天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，对于每个接收阵元的每个线性调频连续波脉冲的差拍信号做fft运算，得到差拍频谱谱峰对应相位信息，根据8个接收天线的相位信息做数字波束形成运算得到y1(θn)。对每个脉冲所得的波束形成yi(θn)积累得到y(θn)。
如图2为24ghz连续波雷达测角方法的流程图。
步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，adc并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：
s(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]
其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号。
所述雷达发射线性调频连续波为锯齿状的线性调频信号，它是由连续的线性调频脉冲串组成。对于单个线性调频周期内的信号可以表示为：
其中f0为载频频率、k为调制斜率、φ0为初始相位、tchirp为调制周期
假设一个匀速运动的目标，以径向速度v0远离雷达，在t＝0的时刻，目标与雷达斜距为r0。接收天线接收回波信号，经过低噪放、混频、正交解调后的复信号表示为：
对于均匀分布间距为d＝7.1mm的接收阵元，由于阵元间距d＜＜r0。各接收阵元间的电磁波存在里程差δr，因此各接收阵元间的信号存在相位差
其中：θ为入射角度、c为光速传播速率
由于阵元间距d＞λ/2，在测角时存在模糊的现象，此时的最大不模糊入射角度θmax＝arcsin(λ/2d)。只有入射角度θ∈[-60°,60°]以下条件，才能避免模糊现象。
步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行fft运算，分别得到频谱magr(m,1),m∈[1,8]。
步骤3：分别对8个接收阵元的频谱magr(m,1)进行非相参积累，得到频谱magracc。对magracc进行cfar检测得到频谱峰值点，分别得到谱峰位置对应的相位信息phi(m),m＝1...8。
步骤4：根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到y1(θn),θn∈[-60°,60°]。
当有入射角为θ0的平面波照射时，取s为接收信号矢量，其元素
其中：wh为加权矢量、w*(m)为指向θn波束所需加权矢量、am加权矢量的幅度、θn为形成的波束角度。
|y1(θn)|就是在θn方向形成的接收波束。当θn＝θ0时，阵列接收信号变成同相相加，系统输出响应|y1(θ)|最大，从而可以实现对目标角度的测量。
步骤5：分别对s(m,i),i＝2...128进行步骤2～4得到yi(θn)，然后将y1(θn)～y128(θn)进行积累得到y(θn)。当θn＝θ0时输出响应|y(θn)|最大，测得目标的角度为θn。
如图3为24ghz天线阵元分布示意图，采用一个发射阵元，发射3db方位波束宽度90°，俯仰宽度10°。接收阵元为均匀分布的一维线阵，共8个接收阵元，接收天线间距d＝7.1mm。校准天线用来测量微带电路中的相位，然后进行补偿。
对于24ghz线性调频连续波雷达进行系统建模，假设回波信噪比为-20db，目标位于雷达法线方向10度。发射128个相参脉冲。如图4(a)对每个tchirp进行步骤2～4得到yi(θn)的仿真图，如图4(b)128个相参脉冲进行步骤5积累的效果。在信噪比恶劣的情况下，单个调制周期内的数字波束形成存在多个周期内侧角错误，经过多周期积累后可以保证该方法测角的正确性。
如图5为24ghz连续波雷达测角方法实际测角结果图将雷达安装在空旷场地上，测试人员手持角反射器在方位角为50度的路线上行走。雷达测量输出结果为距离14.84m，速度-3.897m/s，方位角-49.59。图为采用24ghz连续波雷达测角方法输出的|y(θn)|结果。
1.一种24ghz连续波雷达测角方法，天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，包括如下步骤：
步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，adc并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：
s(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]
其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号；
步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行fft运算，分别得到频谱magr(m,1),m∈[1,8]；
步骤3：对频谱magr(m,1),m∈[1,8]进行非相参积累，得到频谱magracc，对magracc进行cfar检测得到频谱峰值点，分别得到谱峰位置对应的相位信息phi(m),m＝1...8；
步骤4：根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到y1(θn),θn∈[-60o,60o]；
步骤5：分别对s(m,i),i＝2...128进行步骤2～4得到yi(θn)，然后将y1(θn)～y128(θn)进行积累得到y(θn)，当θn＝θ0时输出响应|y(θ)|最大，测得目标的角度为θn。
2.根据权利要求1所述的一种24ghz连续波雷达测角方法，其特征在于，所述单个接收阵元的单个线性调频周期内的差拍信号，表示为：
对于均匀分布接收阵元，由于阵元间距d＜＜r0，各接收阵元间的电磁波存在里程差δr，因此各接收阵元间的信号存在相位差
其中：θ为入射角度、c为光速传播速率，d为阵元间距。
3.根据权利要求1所述的一种24ghz连续波雷达测角方法，其特征在于，所述步骤4中根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到y1(θn)，方法为：
当有入射角为θ0的平面波照射时，取s(θ0)为接收信号矢量，其元素
其中：wh为加权矢量、w*(m)为指向θn波束所需加权矢量、am加权矢量的幅度、θn为形成的波束角度。
技术总结