[发明专利]一种稀疏MIMO平面阵列雷达天线构建方法

说明书

技术领域：

本发明属于雷达技术领域，它特别涉及了MIMO雷达和雷达阵列天线技术领域。

技术背景：

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术最早由贝尔实验室提出，目前已经广泛地应用于无线通信领域，有效提高了无线覆盖范围和数据传输性能。而MIMO雷达是本世纪初才提出的一种新型雷达体制，与传统雷达相比MIMO雷达更多地利用了发射阵的资源，通过发射不相关或部分相关的多波形，以获得波形分集增益；也可通过收、发天线阵元的大阵元间隔布置，使得发射电磁波从不同角度照射目标，从而获得空间分集增益。

根据本发明人了解以及已发表的文献，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，平面阵列天线在相控阵雷达中有着重要的应用，能够实现对多目标快速跟踪等；通过改变相位加权能够容易实现波束赋形；利用平面阵列具有空间二维角分辨力，结合脉冲压缩技术还能够实现三维雷达成像。然而，为了避免栅瓣效应和实现更大的空间扫描范围，平面阵列天线需按照满阵元排布，导致需要成千上万的收发天线阵元及相应的天线控制模块，成本极其昂贵。因此，平面阵列天线的优化设计降低其成本，成为其广泛应用亟待解决的关键问题之一。

发明内容：

本发明主要为了解决平面阵列天线需要大量天线阵元的问题，提出了一种稀疏MIMO平面阵列雷达天线构建方法。利用相位中心近似(PCA，Phase Center Approximation)和MIMO技术，按照本发明构建的稀疏MIMO平面阵列雷达天线能够实现用较少的发射天线阵元和接收天线阵元，虚拟实现等效的满阵元排布的平面天线阵列。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、MIMO雷达

MIMO雷达的全称为“多输入多输出雷达”(Multiple-Input Multiple-Output Radar)，广义上MIMO雷达被定义为发射端和接收端有多个天线，且发射端发射多个不相关或部分相关信号波形的雷达。详见文献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.

定义2、正交信号

两个信号的协方差为零，称它们相互正交；如果两个信号中有一个均值为零，那么统计不相关和正交等价。详见文献“现代数字信号处理及其应用”，何子述等编著，清华大学出版社，2009。

定义3、空间分集

空间分集是一种在发射端或(和)接收端安装多根不同位置的天线的分集技术。若这些天线的距离足够大，则电磁波受到衰落的影响就相互独立。详见文献“现代移动通信”，庞宝茂等，清华大学出版社，2004。

定义4、波形分集

波形分集是指通过合理地设计发射波形的各种参数和波形间的相关系数来使系统性能最大化。详见文献“单基地MIMO雷达DOA估计的性能分析”，杨巍，西安电子科技大学，2009。

定义5、安装矩形平面

安装矩形平面是指平面阵列天线被安装的固定平面，为一矩形。如图1所示。

定义6、平面阵列天线

平面阵列天线是指天线收、发阵元全部被安装在一个固定平面内，通常阵元按照矩形或者三角形排列。详见文献“雷达手册(第二版)”，王军等译，电子工业出版社。

定义7、安装矩形平面的坐标系

安装矩形平面的坐标系将坐标原点设定安装矩形平面的中心，坐标轴x和坐标轴y分别与安装矩形平面的两条相邻边平行，以右手系进行建立坐标系，如图1所示。详见文献“线性代数与空间解析几何(第二版)”，黄廷祝等著，高等教育出版社，2003。

定义8、平面阵列天线的横向和纵向