本发明属于信号处理，具体涉及调相连续波雷达下的二维角度估计方法。
背景技术：
1、雷达(radar)是一种采用无线电进行目标探测的电子设备，常运用于军事和民用领域。随着科技的日新月异，人们对于车辆自动驾驶的要求也进一步提高，而雷达技术作为车辆感知和导航模块的重要组成部分，系统性能和算法设计也在不断地创新和发展。雷达按照信号形式可主要分为脉冲雷达和连续波雷达等。根据连续波雷达调制方式的不同可以分为调频连续波(frequency modulated continuous wave，fmcw)雷达和调相连续波(phase-modulated continuous wave，pmcw)雷达。传统的车载毫米波雷达多以调频连续波雷达为主，通过调制信号的频率实现目标的测距、测速、测角，现有的技术研究也较为成熟。但是如何获得更远的探测距离、更高的分辨率、更强的抗干扰能力是一直以来人们考虑的问题。
2、由于pmcw雷达多采用伪随机序列码对信号进行相位调制后得到发送信号，其伪随机序列码有良好的周期自相关性，相较于fmcw雷达更易实现mimo中发射信号之间的相互正交。其次相位编码的特性使其存在较强的抗干扰能力。目前对pmcw雷达的研究大多集中于该雷达的抗干扰性，以及如何处理多普勒容限等问题，对其二维波达方向(direction ofarrival，doa)估计方面有所欠缺。二维music(multiple signal classification)算法在pmcw雷达中的复杂度较高，需要进行谱峰的搜索，而传统延迟求和波束形成(delay andsum beamforming，dsb)比music复杂度低，但没有较高的分辨率。然而车载技术对雷达技术角度分辨率测量上有着极高的要求，所以如何满足pmcw雷达二维高角度分辨率的同时，降低运算的复杂度有着重要意义。
3、综上所述，为了克服目前基于pmcw多发多收(multiple input multiple output，mimo)雷达在二维角度估计下的缺陷，本发明设计实现了对pmcw雷达接收信号进行处理，根据所测目标的距离、速度以及雷达构成的虚拟阵列，构造适用于调相连续波雷达esprit运算的数据矩阵，通过算法得到对应目标的方位角和俯仰角。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于毫米波伪随机调相连续波雷达的二维角度估计方法，以克服目前基于pmcw多发多收(mimo)雷达在二维角度估计下的缺陷。
2、本发明提出的基于毫米波伪随机调相连续波雷达的二维角度估计方法，具体包括，根据毫米波伪随机调相连续波雷达的特点，采用单基地l型的均匀天线阵列；在发送端，采用相同伪随机码经过外部码变换形成相互正交的发射信号；在接收端，将阵元接收数据与发射信号进行匹配滤波和累积，设定阈值，提取存在目标位置信息的数据，经过傅里叶变换提取在目标位置信息数据的基础上存在目标速度信息的数据；然后通过发送端的外部码信息构建虚拟矩阵，并划分子空间阵列，子空间阵列的行数根据匹配滤波和傅里叶变换结果决定，具体为雷达测得目标的个数，子空间的列数取决于收发阵元数量的乘积，最后采用esprit算法[1]，估计目标的方位角和俯仰角。具体步骤如下：
3、s1、由于发射信号采用伪随机码与外部码进行扩频，而伪随机码有极强的自相关性，将雷达的回波信号x1与原始伪随机码进行匹配滤波可以获得回波信号的延时时长，即目标相对于雷达的距离，然后进行距离门重排和累积得到信号x2，设定阈值为q，提取超过阈值的回波信号x3，该信号所对应的距离门表示的是测定目标的距离。
4、s2、对步骤s1中超过阈值的回波信号x3进行傅里叶变换得到信号x4，根据信号结果提取包含目标距离和速度的数据x5。
5、s3、对步骤s2中得到的数据x5与发射端外部码构造包含目标距离速度信息的虚拟阵列x6，根据多发多收技术的相应原理可知，所得的虚拟阵列大小为n×(rx*tx)，其中n为目标个数，rx为接收天线的数量，tx为发射天线的数量。
6、s4、对步骤s3中虚拟阵列x6按不同行，即不同目标信息，分别进行子空间的划分，根据划分的内容进行二维esprit方位角和俯仰角的估计，具体流程为：
7、s41、若单个目标对应的虚拟阵列为x7，对其进行协方差矩阵r的计算r＝x7x7′，并对r进行特征值分解，可得到其左奇异矩阵u1。
8、s42、对步骤s41中左奇异矩阵划分为四个子阵ux1，ux2，uy1，uy2，其中ux1，ux2为一组，uy1，uy2为一组，其分别为前tx*(rx-1)列、后tx*(rx-1)列以及每tx列的前tx-1列、每tx列的后tx-1列。
9、s43、将步骤s42中两组子阵中的其中一个子阵求伪逆与另一个相乘后，求两组最大的特征值，分别为λ1和λ2。
10、s44、对步骤s43得到的两个特征值通过pmcw雷达为单基地l型阵列排布所产生的收发信号导向矢量模型，先计算目标信号在该距离、速度下的与x轴和y轴的夹角然后推断出目标的方位角和俯仰角
11、
12、本发明的有益效果是：
13、本发明提出的基于毫米波的伪随机调相连续波雷达在单基地l型阵列下的二维角度估计方法，采用pmcw雷达，相比较fmcw雷达拥有更好的抗干扰性和更高的分辨率，能够更好的满足社会应用需求。同时采用单基地l型天线阵列排布能够较为精准的估计出目标所在的方位角和俯仰角，如果使用均匀线阵排布只能获得一维夹角，无法进行二维定位，同时也避免了使用均匀面阵，导致阵元过多、算法复杂度过高的情况。相较于二维music算法，esprit算法可以根据l型阵列的收发导向矢量以及pmcw雷达信号处理，通过其旋转不变性避免复杂度较高的谱峰搜索，提高运算效率，更好的满足实时性的要求。
14、本发明能够完成pmcw雷达系统所需的对目标信息进行测量的功能，通过阈值设定提取存在的单一目标数据信息，能够直接性的避免对完整雷达回波信号的集中计算，仅提取存在目标的距离门和多普勒域的信息，即在测距、测速的基础上进行角度的测量，无需进行方位角和俯仰角的配对，直接和目标距离、速度进行一一对应，有效防止了目标距离、速度与方位角、俯仰角以及方位角和俯仰角之间出现配对错误的问题。
1.一种基于毫米波伪随机调相连续波雷达的二维角度估计方法，其特征在于，包括，采用单基地l型的均匀天线阵列；在发送端，采用相同伪随机码经过外部码变换形成相互正交的发射信号；在接收端，将阵元接收数据与发射信号进行匹配滤波和累积，设定阈值，提取存在目标位置信息的数据，经过傅里叶变换提取在目标位置信息数据的基础上存在目标速度信息的部分；然后通过发送端的外部码信息构建虚拟矩阵，并划分子空间阵列，子空间阵列的行数根据匹配滤波和傅里叶变换结果决定，具体为雷达测得目标的个数，子空间的列数取决于收发阵元数量的乘积，最后采用esprit算法，估计目标的方位角和俯仰角；具体步骤如下：
