[發明專利]一種二維MIMO陣列實現方法

有效

• 申請號: 201510210192.3
• 申請日: 2015-04-23
• 公開（公告）號: CN104808201B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 胡大海;顏振;周楊;杜劉革;常慶功;王亞海
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及微波領域，特別涉及一種二維MIMO陣列實現方法。

背景技術

研究和開發安全、有效、低成本的雷達成像技術是當今和未來社會的需要。成像技術能夠使我們向內看到自己的身體內部，我們居住地球的內部，向外看到宇宙星空。它降低我們對不見和未知事物的恐懼和不安，增加了我們探索、解決問題的能力。

RCS成像技術在隱身目標識別、天氣預報和地質探測等方面有重要的價值。合成孔徑雷達(SAR)技術作為典型的RCS成像技術已經廣泛被國內外學術工作者研究和探索。實驗室下典型的SAR技術中，收發天線采用“一步一停”的工作方式，數據采集需要耗費大量時間，不利于實時成像。

解決方案之一是采用陣列成像技術，陣列成像技術在成像方面潛力巨大，它有多個發射單元和接收單元，采用開關控制的工作形式，每次只有一對收發天線工作，有效的抑制天線之間的耦合，產生出遠遠多于實際天線數目的虛擬陣列單元，從而大大的節省陣列的硬件成本和建造難度。

根據單站雷達等效理論，具有一定距離的發射天線和接收天線可以等效為收發天線在其中心處的單站情況，具體等效關系如圖1所示。

設某一時刻有一對收發天線工作，照射的目標為p，發射單元發射電磁波經過路線到達目標p，經p后的散射回波再經過路線被接收單元接收。根據單站等效理論，等效相位中心在發射單元與接收單元所在的直線上。發射單元、接收單元及目標p構成了一個三角形，等效相位中心同時在該三角形角p的角平分線上，因此該角平分線與的交點即為所要求的等相位中心。

實際應用中，等效相位中心被認為在發射單元與接收單元的中心處，即當目標距離收發單元較遠時，此式近似成立，而在近場當此誤差較大時則需要進行相位校準處理。

采用RMA(距離徙動算法)進行二維或三維雷達散射成像時，要求等效相位中心單元分布為等間隔的虛擬矩陣，因此往往陣列設計方法也是固定單一的。以矩形天線陣列為例，假設要等效出32×32的虛擬陣列，等效單元間隔為半波長，設計矩形陣列由32個發射天線和32個接收天線構成，其中發射天線分成了兩個等間隔的線性一維陣列，各由16個發射天線組成，間隔一個波長，二者相互平行且相距16個波長，接收天線的分布與之類似，具體發射天線與接收天線的排列方式如圖2所示。根據等效相位中心近似原理，其相應的等效單元陣列如圖3所示。

然而，陣列成像技術需要大量的物理天線單元，硬件復雜，成本高，架設困難，因此合理設計天線陣列成為必要。合理的陣列設計不僅能夠減少成像的復雜度、減少硬件成本，而且能優化最終的成像性能(如旁瓣性能、分辨率)。目前出現的典型的二維天線陣列有十字形陣列、矩形陣列、L型陣列等，天線單元位置固定、單一，靈活性、通用性不強，不利于MIMO陣列的最優化設計與選取。

發明內容

本發明的目的在于提出一種二維MIMO陣列實現方法，通過移動發射陣列和接收陣列能夠方便的得到多種矩形等效單元陣列，根據設計要求的分辨率、旁瓣、空間布局等方面選擇合適的收發配置，既簡單又靈活通用。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種二維MIMO陣列實現方法，包括以下步驟：

步驟(1)，根據成像參數的要求，確定所需要成像的等效虛擬陣列陣元的數目及其陣元間隔，虛擬陣列大小為M行N列，單元間隔為半波長；

步驟(2)，設計初始一維線性發射陣列和一維線性接收陣列；

步驟(3)，發射陣列和接收陣列相互移動；

步驟(4)，步驟(2)設計的兩個線性陣列按步驟(3)設定的規則進行移動，當存在相鄰發射天線和接收天線的距離均為波長的倍時，移動終止；

步驟(5)，根據指標要求判斷步驟(4)設計的陣列是否滿足要求，否則繼續執行步驟(4)，直至得到滿足設計要求的天線陣列；

步驟(6)，陣列設計完畢，進行成像測試。

可選地，所述步驟(2)中設計初始一維線性發射陣列和一維線性接收陣列，具體包括：一維發射陣列由排列在一條直線上的M個發射天線組成；相鄰發射天線間隔為一個波長；一維接收陣列由排列在一條直線上的N個接收天線組成；相鄰接收天線間隔為一個波長；發射陣列與接收陣列相互垂直且在同一平面內。

可選地，所述步驟(3)中，發射陣列和接收陣列相互移動的移動規則如下：

發射陣列和接收陣列滿足步驟(2)所述的設計要求；

發射陣列和接收陣列保持在同一平面內，且相互垂直；

發射陣列僅在其所在直線上移動，接收陣列僅在其所在直線上移動；