[發明專利]基于時間調制陣列的MIMO雷達系統及波束形成方法

在審

• 申請號: 202110697679.4
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113572509A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 吳文;馬越;繆晨;陳春紅;汪敏;楊國;王晶琦;張若愚;齊世山
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H04B7/08
• 分類號: H04B7/08;H04B7/06;G01S7/282;G01S7/285
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于時間調制陣列的MIMO雷達系統及波束形成方法，該系統包括所述發射機和接收機，發射機包括N個陣元組成的發射陣列，每個陣元對應連接第一單刀單擲射頻開關，每個第一單刀單擲射頻開關接入數據傳輸的CDMA信號發射通道；所述接收機包括M個陣元組成的接收陣列，每個陣元對應連接第二單刀單擲射頻開關，所述開關接解交織器輸入端，將接收的碼元信息進行解交織，得到CDMA信號流，解交織器輸出端和低噪放輸入端連接，低噪放輸出端與帶通濾波器輸入端連接，輸出諧波信號。所述系統充分發揮MIMO系統的優勢，陣元數目較少，通過射頻開關可以快捷地實現控制波束形成，具有體積小、便捷性高等優勢。

技術領域

本發明屬于雷達系統及信號處理領域，具體涉及一種基于時間調制陣列的MIMO雷達系統及波束形成方法。

背景技術

MIMO(multiple input multiple output)雷達是一種通過多天線發射和接收回波信號的雷達體制。相比于普通數字陣列雷達，MIMO雷達用更少的天線可以檢測更多的目標。

時間調制陣列(Time-modulated array,TMA)采用射頻開關代替移相器，通過控制時間開關序列改變波束的相位和幅度，通過優化時間序列即可實現低旁瓣的波束方向圖。相比于相控陣，時間調制陣列的系統結構更為簡單，因此目前被大量研究。

目前基于時間調制陣列的MIMO雷達目前還處于理論研究階段，相關研究目前主要集中在發射波束形成以及方向圖優化上。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于時間調制陣列的MIMO雷達系統及波束形成方法，所述系統可以快捷地實現控制波束形成，有效提升波束轉向的靈活性，具有體積小、便捷性高的優點。

實現本發明目的的技術方案為：一種基于時間調制陣列的MIMO雷達系統，包括發射機和接收機，所述發射機包括N個陣元組成的發射陣列和第一單刀單擲射頻開關，每個陣元對應連接第一單刀單擲射頻開關，每個第一單刀單擲射頻開關接入用于數據傳輸的CDMA信號發射通道；所述接收機包括M個陣元組成的接收陣列、第二單刀單擲射頻開關、解交織器、低噪放以及帶通濾波器，每個陣元對應連接第二單刀單擲射頻開關，用于接收碼元信息，第二單刀單擲射頻開關接解交織器輸入端，解交織器用于將接收的碼元信息進行解交織，得到CDMA信號流，解交織器輸出端和用于將信號放大的低噪放輸入端連接，低噪放輸出端與帶通濾波器輸入端連接，帶通濾波器用于對信號進行帶通濾波，輸出諧波信號。

進一步的，所述CDMA信號發射通道的碼片周期T_s滿足T_s＝LT_c＝JNT_c，T_c為碼元周期，符號的長度L＝JN，J為完成一次傳輸的符號數目，L？N。

進一步的，所述發射陣列中第n陣元的傳輸基帶信號c(n,t)為：

式中，a_i∈{-1,+1}為用戶碼序列，u(t-iT_c)為矩形脈沖信號。

進一步的，所述接收陣列的接收信號Y為：

Y＝B^T(AS+N)

式中，A＝[a(θ₁),L,a(θ_k)]為方向矩陣，k為快拍數，S＝[β₁,L,β_k]^T為源信號，N為具有不相關項的加性復高斯噪聲向量，B為諧波向量組成的矩陣，B具體為：

進一步的，所述發射陣列和接收陣列的等效聯合陣列為：

其中，和為：