[發明專利]一種稀疏MIMO平面陣列雷達天線構建方法

有效

• 申請號: 201210000517.1
• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號: CN102521472A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張曉玲;向高;師君
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

技術領域：

本發明屬于雷達技術領域，它特別涉及了MIMO雷達和雷達陣列天線技術領域。

技術背景：

MIMO(Multiple-Input?Multiple-Output)技術最早由貝爾實驗室提出，目前已經廣泛地應用于無線通信領域，有效提高了無線覆蓋范圍和數據傳輸性能。而MIMO雷達是本世紀初才提出的一種新型雷達體制，與傳統雷達相比MIMO雷達更多地利用了發射陣的資源，通過發射不相關或部分相關的多波形，以獲得波形分集增益；也可通過收、發天線陣元的大陣元間隔布置，使得發射電磁波從不同角度照射目標，從而獲得空間分集增益。

根據本發明人了解以及已發表的文獻，例如：J.Klare，″Digital?Beamforming?for?a?3DMIMO?SAR-Improvements?through?Frequency?and?Waveform?Diversity，″in?Geoscience?and?Remote?Sensing?Symposium，2008.IGARSS?2008.IEEE?International，2008，pp.V-17-V-20，平面陣列天線在相控陣雷達中有著重要的應用，能夠實現對多目標快速跟蹤等；通過改變相位加權能夠容易實現波束賦形；利用平面陣列具有空間二維角分辨力，結合脈沖壓縮技術還能夠實現三維雷達成像。然而，為了避免柵瓣效應和實現更大的空間掃描范圍，平面陣列天線需按照滿陣元排布，導致需要成千上萬的收發天線陣元及相應的天線控制模塊，成本極其昂貴。因此，平面陣列天線的優化設計降低其成本，成為其廣泛應用亟待解決的關鍵問題之一。

發明內容：

本發明主要為了解決平面陣列天線需要大量天線陣元的問題，提出了一種稀疏MIMO平面陣列雷達天線構建方法。利用相位中心近似(PCA，Phase?Center?Approximation)和MIMO技術，按照本發明構建的稀疏MIMO平面陣列雷達天線能夠實現用較少的發射天線陣元和接收天線陣元，虛擬實現等效的滿陣元排布的平面天線陣列。

為了方便描述本發明的內容，首先作以下術語定義：

定義1、MIMO雷達

MIMO雷達的全稱為“多輸入多輸出雷達”(Multiple-Input?Multiple-Output?Radar)，廣義上MIMO雷達被定義為發射端和接收端有多個天線，且發射端發射多個不相關或部分相關信號波形的雷達。詳見文獻D.W.Bliss?and?K.W.Forsythe，″Multiple-input?multiple-output(MIMO)radar?and?imaging：degrees?of?freedom?and?resolution，″in?Signals，Systems?and?Computers，2003.Conference?Record?of?the?Thirty-Seventh?Asilomar?Conference?on，2003，pp.54-59Vol.1.

定義2、正交信號

兩個信號的協方差為零，稱它們相互正交；如果兩個信號中有一個均值為零，那么統計不相關和正交等價。詳見文獻“現代數字信號處理及其應用”，何子述等編著，清華大學出版社，2009。

定義3、空間分集

空間分集是一種在發射端或(和)接收端安裝多根不同位置的天線的分集技術。若這些天線的距離足夠大，則電磁波受到衰落的影響就相互獨立。詳見文獻“現代移動通信”，龐寶茂等，清華大學出版社，2004。

定義4、波形分集

波形分集是指通過合理地設計發射波形的各種參數和波形間的相關系數來使系統性能最大化。詳見文獻“單基地MIMO雷達DOA估計的性能分析”，楊巍，西安電子科技大學，2009。

定義5、安裝矩形平面

安裝矩形平面是指平面陣列天線被安裝的固定平面，為一矩形。如圖1所示。

定義6、平面陣列天線

平面陣列天線是指天線收、發陣元全部被安裝在一個固定平面內，通常陣元按照矩形或者三角形排列。詳見文獻“雷達手冊(第二版)”，王軍等譯，電子工業出版社。

定義7、安裝矩形平面的坐標系

安裝矩形平面的坐標系將坐標原點設定安裝矩形平面的中心，坐標軸x和坐標軸y分別與安裝矩形平面的兩條相鄰邊平行，以右手系進行建立坐標系，如圖1所示。詳見文獻“線性代數與空間解析幾何(第二版)”，黃廷祝等著，高等教育出版社，2003。

定義8、平面陣列天線的橫向和縱向