空间目标二维角度的测量方法、装置、电子设备及介质

技术领域

本申请涉及信号处理技术领域，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。

背景技术

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。

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 toDigital 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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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间目标二维角度的测量方法的步骤。

第四方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述的空间目标二维角度的测量方法的步骤。

本申请实施例提供的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，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。

这样，采用本申请提供的技术方案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。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种空间目标二维角度的测量方法的流程图；

图2示出了本申请实施例所提供的另一种空间目标二维角度的测量方法的流程图；

图3示出了本申请实施例所提供的抽取-多相-滤波器组-FFT结构的示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的接收信号到波束形成的流程图；

图5示出了本申请实施例所提供的一种空间目标二维角度的测量装置的结构图；

图6示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中的附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使得本领域技术人员能够使用本申请内容，结合特定应用场景“空间目标二维角度的测量”，给出以下实施方式，对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。

本申请实施例下述方法、装置、电子设备或计算机可读存储介质可以应用于任何需要测量空间目标二维角度的场景，本申请实施例并不对具体的应用场景作限制，任何使用本申请实施例提供的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的方案均在本申请保护范围内。

值得注意的是，最早利用阵列进行波达方向估计的算法是Bartlett波束形成法，将时域中的傅里叶谱估计方法扩展到空域，之后大量属于空间谱估计领域和波束形成领域的研究成果和文章陆续发表，提出了MUSIC（Multiple Signal Classification，多重信号分类）算法、ESPRIT（Estimation Signal Parameters via Rotational InvarianceTechniques，借助旋转不变性的信号参数估计）算法、最大似然算法及其改进算法等。随着研究的发展，提出了的二维MUSIC算法和二维ESPRIT算法，将人们的目光从信号一维参数估计转向二维参数估计，把信号空间谱估计和波束形成研究带入一个新的阶段。但是由于空域奈奎斯特采样定理的限制，传统波束形成及空间谱估计算法大多是基于均匀阵列提出的，当均匀布阵的阵元间距大于入射信号半波长时，天线的方向图上会出现栅瓣，故阵元间距的取值一般等于半波长。同时，阵列天线的分辨率与物理阵列孔径的有效孔径呈正相关，自由度受限于阵元个数，因此，当对雷达系统的分辨率要求很高时，其需要的等效天线孔径相当大，此时需要大量的天线资源，导致了高成本、高耦合性、高计算量等一系列缺陷。

近年来，专家学者们提出采用稀疏分布的方式进行天线阵列布阵，可以有效地解决上述问题。稀疏阵列模型是一种对阵元间距限制较小的天线阵列模型，能够充分利用有限的阵元数和物理空间，实现更高精度、更多目标数的角度估计。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。这些优点打破了传统均匀阵列的局限性，并大幅节省了天线阵列的成本和功耗，为开发更高性能的角度测量方法提供了新的手段。在发射机和接收机采用稀疏阵列配置，通过降低有源传感器的数量，大幅降低全数字传感器阵列的成本和功耗，实现用于主动传感应用的混合波束形成，并确定了使用全模拟和混合架构实现全数字解决方案所需的组件图像数量的上界，推导出这些情况下波束形成权值的封闭表达式。

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 toDigital 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。

基于此，本申请提出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，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。

这样，采用本申请提供的技术方案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。

为便于对本申请进行理解，下面将结合具体实施例对本申请提供的技术方案进行详细说明。

请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种空间目标二维角度的测量方法的流程图，如图1中所示，所述测量方法包括：

S101、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；

该步骤中，需要预先设计一个由M个阵元组成的稀疏阵列，用于接收空间目标的回波信号，并测量空间目标的二维角度（方位角和俯仰角）；示例性的，阵元可以随机分布在范围

其中，

S102、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；

该步骤中，信号处理包括模拟下变频处理、采样、单比特量化处理以及滤波处理。

需要说明的是，请参阅图2，图2为本申请实施例所提供另一种空间目标二维角度的测量方法的流程图，如图2中所示，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：

S201、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；

需要说明的是，通过以下步骤得到该阵元的中频信号：

S2011、获取本地振荡信号；

S2012、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。

针对步骤S2011至步骤S2012，对接收到的回波信号进行模拟下变频，即将回波信号与本地振荡信号相乘，具体公式如下：

其中，

其中，

S202、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；

该步骤中，需要对模拟下变频后的复信号（中频信号）做单比特数字化，包括采样和单比特量化。在采样中，以预设采样率

其中，

S203、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；

需要说明的是，通过以下步骤得到该阵元的单比特量化信号：

S2031、获取符号函数表达式和贝塞尔函数的级数表达式；

S2032、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；

S2033、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；

S2034、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。

针对步骤S2031至步骤S2034，是对采样后的中频信号做单比特量化处理，由于中频信号使用的是复数信号，所以需要对实部和虚部分别进行处理。单比特量化仅保留符号信息，可采用比较器实现，记实数域的符号函数为

于是可以得到

其中，

整数阶贝塞尔函数的级数表达式如下所示：

将实部带入符号函数表达式中，得到实部符号表达式，使用贝塞尔函数的级数表达式对实部符号表达式进行化简，得到实部简化表达式，虚部同理，也可以得到虚部简化表达式，将实部简化表达式与虚部简化表达式进行组合，可以得到单比特量化信号

其中，

其中，式中的各分量分别表示为：

其中，

这里，对采样后的中频信号

S204、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。

需要说明的是，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：

S2041、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；

S2042、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；

S2043、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；

S2044、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。

针对步骤S2041至步骤S2044，主要用于解决空间滤波失配问题，由于在单比特量化信号

经过滤波后，提取出的基波分量表达式可以写为：

其中，

这里，通过使用抽取-多相-滤波器组-FFT结构进行滤波，将该结构用于解决单比特量化导致的空间滤波器失配问题，由于单比特量化后的信号会产生新的谐波，尤其是在单目标情况下，三次谐波与常规权重矢量不匹配，幅度高于旁瓣，使用该结构能够将基波分量提取出来，最终消除或者削弱谐波对测量结果的影响，从而提高空间目标二维角度测量的准确性。

S103、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；

该步骤中，提取出基波信号后，需要进行波束形成，波束形成就是通过一个加权向量

这里，请参阅图4，图4为本申请实施例所提供的接收信号到波束形成的流程图，如图4所示，M个阵元（阵元1、阵元2、…、阵元M）中每个阵元通过收/发天线获取回波信号，针对每个阵元，将该阵元获取到的回波信号经过模拟下变频得到中频信号，再将中频信号经过单比特模数转换器得到单比特量化信号，最后将每个阵元对应的单比特量化信号进行滤波，对滤波后的信号做波束形成操作。

需要说明的是，基于每个阵元的基波信号，得到稀疏阵列的单比特波束幅度的表达式的步骤，包括：

S1031、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；

该步骤中，根据上述步骤S2044中得到的滤波后第

并将每个阵元的基波信号矢量构成的矩阵，确定为稀疏阵列的基波信号矩阵，整个阵列的基波信号矩阵为：

S1032、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；

S1033、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；

在步骤S1033中，获取步骤S1032中确定出的第一矩阵的数据期望，将第一矩阵的数学期望确定为空间目标针对稀疏阵列的协方差矩阵，可以将协方差矩阵表示为：

其中，

S1034、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；

S1035、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；

在步骤S1035中，当来波方向

其中，

S1036、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。

在步骤S1036中，得到单比特波束幅度的表达式为：

其中，

S104、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。

该步骤中，由上述步骤S1036中单比特波束幅度的表达式可知，由于

这里，本实施例整个过程实现了对接收到的回波信号的单比特量化、基波提取和子带内波束形成，极大地削弱了单比特量化带来的谐波失配影响，使得基于稀疏平面阵列的二维角度测量得以实现，解决了当今科技发展对角度分辨率、测量精度的高要求和低硬件成本、低计算复杂度之间的矛盾。因此，本实施例能在不牺牲角度分辨率的前提下，以高精度、低成本、低复杂度估计出多目标的二维角度（方位角和俯仰角）。

示例性的，作为实验，本实施例的有益效果都是在一台配置了2.4GHz处理器、256GB机带RAM和GeForce GTX 3090英伟达显卡的计算机上实现的，使用Matlab软件进行仿真实验。实验步骤包括：

1）、实验条件说明：为了能够更好的说明本实施例的有益效果，首先对实验条件进行详细说明，主要分为三个方面：稀疏平面阵列的具体参数、确定子带带宽、抽取-多相-滤波器组-FFT结构的具体参数。

具体的，（1）、稀疏平面阵列的具体参数：对于稀疏平面阵列来说，阵列孔径为

2）、实验结果说明：在该部分中，共有2个实验，分别是：单目标情况下的角度测量和双目标情况下的角度测量，每个实验中又有两个环节：空间滤波器失配、子带提取后的测量结果。接下来将对试验结果进行详细说明。实验1：单目标情况下的实验结果：本试验旨在说明单目标情况下使用本实施例中提出的基于单比特稀疏平面阵列的二维角度测量方法能够准确测量出目标的方位角和俯仰角。在本实验中，采用稀疏平面阵列，假设待测目标的来波方向为

这里，通过上述两个环节，可以验证本实施例能够在双目标情况下，克服单比特量化引起的空间滤波失配，从而准确地测量出目标的二维角度信息，即验证了本实施例的有效性和可行性。

本申请实施例提供的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。

这样，采用本申请提供的技术方案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。

基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了与上述实施例提供一种空间目标二维角度的测量方法对应的一种空间目标二维角度的测量装置，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与本申请上述实施例一种空间目标二维角度的测量方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

请参阅图5，图5为本申请实施例所提供的一种空间目标二维角度的测量装置的结构图，如图5中所示，所述测量装置510包括：

获取模块511，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512，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513，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514，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。

可选的，所述提取模块512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。

可选的，所述处理模块513在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时，所述处理模块513具体用于：

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。

可选的，所述提取模块512在用于得到该阵元的中频信号时，所述提取模块512具体用于：

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。

可选的，所述提取模块512在用于得到该阵元的单比特量化信号时，所述提取模块512具体用于：

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。

可选的，所述提取模块512在用于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时，所述提取模块512具体用于：

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。

本申请实施例提供的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。

这样，采用本申请提供的技术方案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。

请参阅图6，图6为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图6中所示，所述电子设备600包括处理器610、存储器620和总线630。

所述存储器620存储有所述处理器610可执行的机器可读指令，当电子设备600运行时，所述处理器610与所述存储器620之间通过总线630通信，所述机器可读指令被所述处理器610执行时，可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中的空间目标二维角度的测量方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中的空间目标二维角度的测量方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。