[发明专利]一种稀疏MIMO平面阵列雷达天线构建方法

摘要

本发明提供了一种稀疏MIMO平面阵列雷达天线构建方法，它是以相位中心近似原理为基础，结合MIMO天线思想，采用MIMO思想进行天线布阵优化设计，当所有发射阵元同时(或轮流)发射正交信号，而接收阵元同时接收回波信号时，利用相位中心近似原理等效出具有均匀间隔的虚拟平面阵列；按照本发明构建的稀疏MIMO平面阵列雷达天线能够采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。与直接布设和等效的虚拟平面阵列同样大小的平面阵列天线相比，本发明的方法大幅度地减少了对阵元数目的需求。

主权项

1.一种稀疏MIMO平面阵列雷达天线构建方法，其特征是它包括步骤如下：步骤1、天线相关参数的初始化设置 首先，确定虚拟平面阵列的尺寸参数；预先设定平面阵列天线的横向角分辨率和纵向角分辨，计算虚拟平面阵列的横向长度L_vx和纵向的长度L_vy；用数学公式描述：和其中雷达信号载波波长λ为已知；其次，确定虚拟平面阵列阵元间的横向间距和纵向间距；虚拟平面阵列阵元间的横向间距用d_vx表示，虚拟平面阵列阵元间的纵向间距用d_vy表示；规定沿x和沿y方向扫描的最大波束角分别为θ_x0和θ_v0，根据栅瓣公式和确定横向间距d_vx和纵向间距d_vy的取值范围，符号|·|表示取绝对值运算；选择和满足沿x和沿y方向扫描的波束角从到的波束扫描范围的要求；再次，确定虚拟平面阵列的阵元沿x向排布的列数N_vx和沿y向排布的阵元行数N_vy：其中符号代表向上取整，表示取不小于“·”的最小整数；最后，确定构建虚拟平面阵列需要的发射阵元数目M_T和接收阵元数目N_R；具体方法是：(1)、构建阵元数目为N_vx的虚拟线阵：即确定发射阵元数目和接收阵元数目用M_xT表示需要的发射阵元数目，且规定M_xT为偶数，用N_xR表示需要的接收阵元数目，用c_T和c_R分别表示布设一个发射阵元和接收阵元所需要的成本，此处，成本指天线阵元、加工及安装的费用，且为已知；选取其中代表向上取偶，表示取不小于“·”的最小偶数；其中代表向上取整，表示取不小于“·”的最小整数；(2)、构建阵元数目为N_vy的虚拟线阵：即确定发射阵元数目和接收阵元数目用M_yT表示需要的发射阵元数目，且规定M_yT为偶数；用N_yR表示需要的接收阵元数目；选取其中代表向上取偶，表示取不小于“·”的最小偶数；其中代表向上取整，表示取不小于“·”的最小整数；于是，构建阵元数目为N_vy×N_vx的虚拟平面阵列，所需要的发射阵元数目M_T＝M_xT×M_vT，需要的接收阵元数目为N_R＝N_xR×N_yR；步骤2、确定阵元间间距发射阵元间横向间距d_xT：d_xT＝2d_vx，d_vx为虚拟平面阵列阵元间的横向间距；发射阵元间纵向间距d_yT：d_yT＝2d_vy，d_vy为虚拟平面阵列阵元间的纵向间距；接收阵元间横向间距d_xR：d_vx为虚拟平面阵列阵元间的横向间距，M_xT为构建阵元数目为N_vx的虚拟线阵需要的发射阵元数目；接收阵元间纵向间距d_vR：d_vy为虚拟平面阵列阵元间的纵向间距，M_yT为构建阵元数目为N_vy的虚拟线阵需要的发射阵元数目；收、发阵元间横向间距d_xTR：d_vx为虚拟平面阵列阵元间的横向间距，d_xT为发射阵元间横向间距；收、发阵元间纵向间距d_yTR：d_vy为虚拟平面阵列阵元间的纵向间距，d_yT为发射阵元间纵向间距；步骤3、确定安装矩形平面的坐标系将安装矩形平面的中心定义为坐标原点，x轴和y轴分别与安装矩形平面相邻两条边平行，建立平面二维坐标系；步骤4、布置接收阵元接收阵元共有N_R个，每个接收阵元的位置坐标按照如下公式确定：接收阵元横坐标x_R(i)：i＝{1，2，L，N_xR}，N_xR为构建阵元数目为N_vx的虚拟线阵需要的接收阵元数目，d_xR为接收阵元间横向间距；接收阵元纵坐标y_R(k)：k＝{1，2，L，N_yR}，N_yR为构建阵元数目为N_vy的虚拟线阵需要的接收阵元数目，d_yR为接收阵元间纵向间距；步骤5、布置发射阵元发射阵元共有M_T个，被均分为关于原点中心对称的四个部分：I、II、III和IV，每一部分有发射阵元个；分别确定每一部分发射阵元的位置坐标：(1)、第I部分发射阵元的位置坐标第I部分发射阵元的横坐标x_{T_I}(i)：xT_I(i)=(i-MxT2)dxT+(1-NxR2)dxR-dxTR,]]>i={1,2,L,MxT2},]]>M_xT和N_xR分别为构建阵元数目为N_vx的虚拟线阵需要的发射阵元数目和接收阵元数目，d_xT为发射阵元间横向间距，d_xR为接收阵元间横向间距，d_xTR为收、发阵元间横向间距；第I部分发射阵元的纵坐标y_{T_I}(k)：yT_I(k)=(MyT2-k)dyT+(NyR-12)dyR+dyTR,]]>k={1,2,L,MyT2},]]>M_yT和N_yR分别为构建阵元数目为N_vy的虚拟线阵需要的发射阵元数目和接收阵元数目，d_yT为发射阵元间纵向间距，d_yR为接收阵元间纵向间距，d_yTR为收、发阵元间纵向间距；(2)、第II部分发射阵元的位置坐标第II部分发射阵元的横坐标x_{T_II}(i)：xT_II(i)=(MxT2-i)dxT+(NxR-12)dxR+dxTR,]]>i={1,2,L,MxT2},]]>M_xT和N_xR分别为构建阵元数目为N_vx的虚拟线阵需要的发射阵元数目和接收阵元数目，d_xT为发射阵元间横向间距，d_xR为接收阵元间横向间距，d_xTR为收、发阵元间横向间距；第II部分发射阵元的纵坐标y_{T_II}(k)：yT_II(k)=(MyT2-k)dyT+(NyR-12)dyR+dyTR,]]>k={1,2,L,MyT2},]]>M_yT和N_yR分别为构建阵元数目为N_vy的虚拟线阵需要的发射阵元数目和接收阵元数目，d_vT为发射阵元间纵向间距，d_yR为接收阵元间纵向间距，d_yTR为收、发阵元间纵向间距；(3)、第III部分发射阵元的位置坐标第III部分发射阵元的横坐标x_{T_III}(i)：xT_III(i)=(i-MxT2)dxT+(1-NxR2)dxR-dxTR,]]>i={1,2,L,MxT2},]]>M_xT和N_xR分别为构建阵元数目为N_vx的虚拟线阵需要的发射阵元数目和接收阵元数目，d_xT为发射阵元间横向间距，d_xR为接收阵元间横向间距，d_xTR为收、发阵元间横向间距；第III部分发射阵元的纵坐标y_{T_III}(k)：yT_III(k)=(k-MyT2)dyT+(1-NyR2)dyR-dyTR,]]>k={1,2,L,MyT2},]]>M_yT和N_yR分别为构建阵元数目为N_vy的虚拟线阵需要的发射阵元数目和接收阵元数目，d_yT为发射阵元间纵向间距，d_yR为接收阵元间纵向间距，d_yTR为收、发阵元间纵向间距；(4)、第IVB部分发射阵元的位置坐标第IV部分发射阵元的横坐标x_{T_IV}(i)：xT_IV(i)=(MxT2-i)dxT+(NxR-12)dxR+dxTR,]]>i={1,2,L,MxT2},]]>M_xT和N_xR分别为构建阵元数目为N_vx的虚拟线阵需要的发射阵元数目和接收阵元数目，d_xT为发射阵元间横向间距，d_xR为接收阵元间横向间距，d_xTR为收、发阵元间横向间距；第IV部分发射阵元的纵坐标y_{T_IV}(k)：yT_IV(k)=(k-MyT2)dyT+(1-NyR2)dyR-dyTR,]]>k={1,2,L,MyT2},]]>M_yT和N_yR分别为构建阵元数目为N_vy的虚拟线阵需要的发射阵元数目和接收阵元数目，d_yT为发射阵元间纵向间距，d_yR为接收阵元间纵向间距，d_yTR为收、发阵元间纵向间距；按照接收阵元位置坐标和发射阵元四个部分的位置坐标布置，就构成了本发明的稀疏MIMO平面阵列雷达天线。