[发明专利]基于毫米波避撞雷达的分集相控阵设计方法

说明书

本发明涉及一种基于毫米波避撞雷达的分集相控阵设计方法，通过设计雷达发射阵元间距等于接收阵列长度，发射波束通过多个拍次的扫描实现全空域覆盖，其中每个拍次会形成多个方向上的发射栅瓣，接收波束通过数字波束形成(DBF)在每个拍次上同时指向发射栅瓣位置，通过多排次的合成形成覆盖全空域的扫描。该方法不需产生正交信号，但能实现MIMO雷达虚拟孔径的性能，因此能有效控制系统复杂度降低雷达成本。

技术领域

本发明所属雷达总体设计领域，具体为毫米波避撞雷达的分集相控阵天线阵列设计和信号处理方法。

背景技术

毫米波防撞雷达往往采用调频连续波(LFMCW)体制，为扩大天线接收口径，提高雷达方位分辨率可采用多发多收(MIMO)系统。

传统MIMO系统需要发送正交信号，正交方式可分为时分、频分、码分方式。其中，时分方式由于发射天线分时发射，因此需要补偿由于目标运动造成的接收端相位差，需要引入额外的相位补偿算法；另外随着发射天线数目的增加，等效的脉冲积累周期(CPI)呈倍数增加，容易造成测速模糊。频分方式由于发射天线分频发射，又由于由距离造成的相位差和频率相耦合，因此接收端在解调不同天线发射的信号时需逐距离单元进行解调，算法过于复杂难以用于实时性要求高的系统。码分方式由于发射天线发射正交编码信号，因此不能像传统LFMCW那样通过自混频进行波形去斜来减小接收带宽，因此要求极高的采样率和信号处理能力，增加了系统成本。

利用分集相控阵技术，既能获得MIMO雷达增加虚拟孔径的优势，又能降低系统的复杂度从而控制系统的成本和体积。

近年来国内外有多位学者提出分集相控阵理论。该类文献虽说明了分集相控阵的原理及可行性，但并未从避撞雷达的实际工作环境来设计系统，也缺少具体的工程实现方法。本发明针对分集相控阵雷达在避撞领域的应用，对天线阵列设计和信号处理方法进行推导，并给出工程上的具体实现方法。

发明内容

要解决的技术问题

在毫米波防撞雷达领域，为了扩大天线孔径并尽可能的降低天线收发通道数，往往利用MIMO雷达技术实现虚拟孔径的生成，由于MIMO雷达需要发射正交信号，在接收端解调分离各发射支路信号需要引入复杂的信号处理算法，增加了系统成本。

技术方案

一种基于毫米波避撞雷达的分集相控阵设计方法，雷达发射阵元间距等于接收阵列长度。发射波束通过多个拍次的扫描实现全空域覆盖，其中每个拍次会形成多个方向上的发射栅瓣，接收波束通过数字波束形成(DBF)在每个拍次上同时指向发射栅瓣位置。通过多排次的合成形成覆盖全空域的扫描。

一种基于毫米波避撞雷达的分集相控阵设计方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：接收阵列包含N个阵子单元，阵元间间距为d_R＝αλ，其中α为比例系数，λ为雷达波长；发射阵列包含M个阵子单元，阵元间间距为d_T＝Nαλ；

步骤2：计算发射栅瓣出现位置：θ_n＝arcsin(nλ/d_T+sinθ₀)＝arcsin(n/Nα+sinθ₀)，θ₀为雷达的空间指向；计算不同拍次的接收阵列移相相位间隔其中n表示第n个接收阵元，m表示第m个拍次，m∈[0,M-1]，θ_m＝mθ_n/M；在第m个拍次接收阵列按照进行移相使得接收波束指向发射波束的各栅瓣位置；

步骤3：根据M个拍次获得的子空域探测到的目标强度，在目标方位插值表中查询目标的估计角度信息；所述的目标方位插值表根据阵列天线远场测试获得的方向图，具体为幅度比和角度的对应关系。

有益效果