[发明专利]基于最小冗余的MIMO三维成像雷达稀疏阵列设计方法

说明书

本发明公开了一种基于最小冗余的MIMO三维成像雷达稀疏阵列设计方法，首先根据方位向分辨率和俯仰向分辨率确定发射阵列长度和接收阵列长度；再根据发射阵列长度和接收阵列长度构造一维最小冗余稀疏收、发阵列；对一维最小冗余稀疏收、发阵列进行分割摆放得到二维MIMO稀疏矩型阵列；最后针对得到的二维MIMO稀疏矩型阵列进行遗传算法优化。使用本发明能够在成像性能和系统复杂度之间得到良好平衡的二维MIMO稀疏阵列——二维MIMO稀疏矩型阵列。

技术领域

本发明涉及成像雷达技术领域，具体涉及一种基于最小冗余的MIMO三维成像雷达稀疏阵列设计方法。

背景技术

多输入多输出系统(Multiple-input multiple-output,MIMO)雷达系统具有多输入和多输出的特点，它可以利用多个发射天线同时发射一组相互正交的信号，多个接收天线同时接收由目标反射的回波信号，然后接收端的一组滤波器对回波信号进行分离，使MIMO雷达获得远多于实际阵列数量的观测通道，且具有很高的图像获取速率。由于多发多收阵列可以等效成大孔径虚拟阵列，使MIMO雷达具有良好的横向分辨率。

MIMO三维成像雷达系统需要采用二维天线阵列实现三维成像，因此二维MIMO阵列设计是MIMO三维成像雷达的关键技术，对系统的性能和图像的质量有着决定性的作用。通常情况下，根据系统性能要求先进行虚拟阵列设计，然后进行虚拟阵列分解得到收发分置MIMO阵列。

根据阵元的分布情况，阵列可分为满阵阵列和稀疏阵列，满阵阵列的所有阵元排列成线型，相邻阵元的间距为半波长。对于高频段雷达而言，过小的阵元间距对工艺要求较高，同时较高的横向分辨率需要通过大的阵列长度实现，导致阵元数量巨大，系统复杂度高及信号处理难度大。因此旨在减少阵元数量，降低系统成本的稀疏阵列应运而生，将长度L阵列以半波长为步进划分栅格，均匀满阵在每个栅格上均存在阵元，稀疏阵列则在某些栅格位置处不存在阵元，用以实现在满足系统性能要求的前提下，大大减少阵元个数，降低系统复杂度。

目前已有许多MIMO稀疏阵列设计方法被提出。(1)以方向图为优化目标：以方向图为适应度函数，基于遗传算法等方法对稀疏阵列进行优化设计。(2)最小冗余阵列设计：在保证阵列基线完整性的前提下降低阵列冗余度，使阵列具有良好的点扩展函数同时减少阵元数量；(3)基于信号处理理论；现有的阵列稀疏化设计理论仍有着自身的局限性，二维稀疏阵列设计方法理论尚有很大的发展空间。

在二维MIMO阵列构型方面，王党卫和段广清等人利用相互垂直的直线阵(一个线阵为发射阵列，另一个线阵为接收阵列)获得矩型平面虚拟阵列；孙超提出了二维MIMO方型阵列，与垂直MIMO阵列相比，其在获得相同的矩型平面虚拟阵列的同时，将阵列尺寸缩小为垂直MIMO阵列的1/4。但是目前在二维MIMO矩型/方型阵列的设计方案中没有稀疏阵列的设计方法，因此阵元数量还是较多。

因此，为了实现阵元数量，成像质量和系统复杂度综合最优的二维稀疏阵列，需要研究二维稀疏阵列设计方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于最小冗余的二维MIMO稀疏阵列设计方法，得到能够在成像性能和系统复杂度之间得到良好平衡的二维MIMO稀疏阵列——二维MIMO稀疏矩型阵列。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种基于最小冗余的MIMO三维成像雷达稀疏阵列设计方法，包括：

步骤一、根据方位向分辨率θ_BW和俯仰向分辨率φ_BW确定发射阵列长度L_t和接收阵列长度L_r；

步骤二、根据发射阵列长度L_t和接收阵列长度L_r构造一维最小冗余稀疏发射阵列和一维最小冗余稀疏接收阵列；