[發(fā)明專利]一種降低MIMO成像雷達近場柵瓣的方法

有效

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• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105738895B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 田衛(wèi)明;胡程;王晶陽;曾濤;毛二可;龍騰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 代麗,仇蕾安

技術領域

本發(fā)明涉及MIMO雷達技術領域，具體涉及一種降低MIMO成像雷達近場柵瓣的方法。

背景技術

MIMO雷達是近年來雷達領域中引入的一種新體制雷達，其在發(fā)射端和接收端均采用多天線結構，各個發(fā)射天線同時輻射相互正交的信號波形，接收端的每個天線接收所有發(fā)射信號并在后端進行信號分選，從而得到了遠多于實際收、發(fā)陣元數目的觀測通道和自由度。空間并存的多觀測通道使得雷達能夠實時采集攜帶有目標不同幅度、時延或相位的回波信息，這種并行多通道獲取信息的能力正是雷達的根本優(yōu)勢所在。源于這種體制優(yōu)勢，MIMO雷達與傳統(tǒng)的單多基地雷達或是相控陣雷達相比極大地提高了雷達的總體性能。

傳統(tǒng)的MIMO雷達陣列設計常采用虛擬陣列理論，該理論可以通過MIMO陣列的方向圖設計得出等效于大孔徑密集陣列的密集陣列發(fā)射、稀疏陣列接收的MIMO雷達陣列，大幅度減小實際陣元數量。其理論基礎為方向圖理論：密集的發(fā)射陣列方向圖中無柵瓣，但是分辨率較差；稀疏的接收陣列方向圖中有柵瓣，但是分辨率較好；等效陣列的合成方向圖為二者的乘積，合理的陣列參數能利用發(fā)射陣列的零點將接收陣列的柵瓣進行有效的抑制，從而體現出良好的無柵瓣特性。

但是上述理論均基于目標處于遠場的假設。當目標距離較近時，由于收發(fā)陣列的方向圖均發(fā)生了明顯的畸變，導致發(fā)射方向圖的零深變窄同時接收陣列方向圖的柵瓣展寬，從而使接收陣列的柵瓣不能得到有效抑制，出現明顯的殘留。因此，依據虛擬陣列理論設計的密集陣列發(fā)射、稀疏陣列接收的MIMO陣列的合成方向圖也會出現明顯畸變，在主瓣兩側均會出現明顯的柵瓣，嚴重影響MIMO雷達的近場成像性能。

針對這一問題，德國的Frank Gumbmann等人提出了一種通過增加發(fā)射陣元個數并對發(fā)射陣列加矩形窗配置零點位置以改善柵瓣性能的方法，并利用仿真和實驗驗證了該方法的有效性。雖然該方法能夠一定程度上達到抑制柵瓣的效果，但是對于指定目標該方法所能達到的最優(yōu)柵瓣水平是確定的，不能根據要求進行優(yōu)化設計，未必能滿足實際陣列設計的指標要求，故該方法并不能用于指導有指標要求的MIMO陣列設計。

因此，為了能根據給定近場目標柵瓣性能指標，設計出合適的MIMO陣列，有必要針對MIMO近場成像高柵瓣問題進行優(yōu)化。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種降低MIMO成像雷達近場柵瓣的方法，能夠使MIMO陣列在近場成像時的柵瓣性能達到指標要求。

本發(fā)明的降低MIMO成像雷達近場柵瓣的方法，所述MIMO成像雷達為密集陣列發(fā)射、稀疏陣列接收，且發(fā)射陣列分成兩個發(fā)射子陣并分別位于接收陣列的左右兩端，包括如下步驟：

步驟一，根據虛擬陣列理論獲得遠場成像MIMO陣列；

步驟二，采用對最大觀測角度上最近的目標進行數值仿真，得到帶寬對柵瓣的抑制效果σ_B；

步驟三，根據σ_GL+σ_B的旁瓣指標獲得發(fā)射陣列的窗函數w(n)，其中，σ_GL為最高柵瓣指標；然后根據窗函數w(n)得到該窗對主瓣的展寬因子ξ，再基于當前發(fā)射陣列的陣元總個數N_T，得到延長之后的發(fā)射陣列陣元個數N′_T為

N'_T＝2·round(N_T/2·ξ)

其中，round表示按四舍五入取整；

步驟四，在不改變發(fā)射陣列陣元間距和兩個發(fā)射陣列各自陣列中心位置的前提下，根據N′_T分別對兩個發(fā)射子陣進行延長，得到新的發(fā)射陣列；然后對延長后的發(fā)射子陣分別乘以窗函數w(n)，從而得到了低柵瓣的近場成像MIMO陣列，最后采用低柵瓣的近場成像MIMO陣列進行雷達成像。

較優(yōu)的，所述步驟二中，求取帶寬對柵瓣的抑制效果σ_B的具體方法如下：首先在載頻f_c條件下得到最大觀測角度上最近目標處的單頻近場方向圖，得到此時的柵瓣水平σ_{GL_fc}；然后再考慮帶寬為B的信號條件下對最大觀測角度上最近的目標進行方位向成像，得到成像結果的柵瓣水平σ_{GL_B}；則帶寬對柵瓣的抑制效果σ_B為：σ_B＝σ_{GL_fc}-σ_{GL_B}。

較優(yōu)的，所述步驟三中，窗函數為泰勒窗、切比雪夫窗、Kaiser窗或余弦窗。

有益效果：