[發(fā)明專利]一種增加自由度和減少互耦的MIMO陣列設計方法

在審

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• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111665484A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉明鑫;王強;王思源
• 申請（專利權）人: 成都航空職業(yè)技術學院
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S7/02
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 張小娟

本發(fā)明提供了一種增加自由度和減少互耦的MIMO陣列設計方法，包括以下步驟：利用二級超級嵌套陣列結構分別構建MIMO雷達系統(tǒng)的發(fā)射陣列和接收陣列；計算得到MIMO雷達系統(tǒng)的合陣的差分陣；計算得到多重信號分類算法(MUSIC)的功率譜，完成對增加自由度和減少互耦MIMO陣列的設計。本申請不僅對MIMO雷達發(fā)射和接受陣列中引入二級超級嵌套結構來實現(xiàn)減少相互耦合，還保證合陣的差分陣沒有空洞具有較大自由度(DOF)的特性。其具有以下優(yōu)點：1)具有封閉形式的陣元位置和無孔的合陣的差分陣。2)具有比互質(zhì)陣列和線性陣列具有更高的DOF容量。3)與嵌套陣列和線性陣列相比，其相互耦合也較少。

技術領域

本發(fā)明屬于雷達技術領域，尤其涉及一種增加自由度和減少互耦的MIMO陣列設計方法。

背景技術

多輸入多輸出(MIMO)雷達，通過發(fā)射正交或不相干多個探測信號，在接收端利用匹配濾波器組接收回波信號，這為雷達系統(tǒng)的設計以及信號處理算法提供了更大的孔徑和更高自由度的虛擬陣列。根據(jù)發(fā)射和接收陣列配置，MIMO雷達系統(tǒng)可以分為分布式MIMO雷達和共址MIMO雷達，其中，共址MIMO雷達，利用波形分集獲得比實際孔徑大的虛擬孔徑，從而可以提高目標檢測和參數(shù)識別的能力。

近年來，共址MIMO雷達虛擬孔徑的問題得到了廣泛的關注，如具有閉合表達式的嵌套陣、互質(zhì)陣以及最小冗余陣。這些陣列通過利用接收數(shù)據(jù)的二階統(tǒng)計量可以提供比均勻線陣更大的孔徑、更高的自由度。即使信源數(shù)目大于陣元數(shù)目，也可以有效地檢測出信源的位置。對此，現(xiàn)有文獻提出了最小冗余MIMO陣列，其將最小冗余陣作為發(fā)射和接收陣，并且對MIMO雷達產(chǎn)生的合陣進行差分處理，得到接收陣元數(shù)目的虛擬擴展，從而大幅度提高陣列的自由度，但是這種雷達陣列結構的稀疏優(yōu)化通常涉及很大的計算量。現(xiàn)有文獻提出了互質(zhì)MIMO陣列，這個陣列設計將文獻中的最小冗余陣替換為互質(zhì)陣，雖然降低了計算量，提高了陣列的自由度，但是其差合陣是一個有孔的線性陣列，不能利用空間平滑算法來解相關信號然后進行準確的波到達角(DOA)估計。現(xiàn)有文獻提出了一種將嵌套陣作為發(fā)射陣和接收陣的嵌套MIMO陣列設計，雖然可以進一步提高MIMO雷達的自由度，并且得到無孔的均勻線陣，然而嵌套數(shù)組，在物理數(shù)組中包含一個密集的ULA，導致較高的相互耦合。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中的上述不足，本發(fā)明提供的一種增加自由度和減少互耦的MIMO陣列設計方法，與現(xiàn)有具有相同陣元數(shù)的其他陣列相比，新形成的陣列具有更高的自由度(DOF)容量和較少的相互耦合。

為了達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

本方案提供一種增加自由度和減少互耦的MIMO陣列設計方法，包括以下步驟：

S1、利用超級嵌套陣列結構構建MIMO雷達系統(tǒng)的發(fā)射陣列，并利用陣元間距放大的超級嵌套陣列結構構建MIMO雷達系統(tǒng)的接收陣列；

S2、發(fā)射正交波，并根據(jù)所述發(fā)射陣列和接收陣列計算得到MIMO雷達系統(tǒng)的合陣的差分陣；

S3、根據(jù)所述MIMO雷達系統(tǒng)的合陣的差分陣計算得到多重信號分類算法MUSIC的功率譜，完成對增加自由度和減少互耦MIMO陣列的設計。

進一步地，所述步驟S2中MIMO雷達系統(tǒng)的和合陣的差分陣的表達式如下：