一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法技术

本发明专利技术公开了一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法，属于雷达天线布阵领域。该方法包括以下步骤：S1、对天线阵元进行离散格点定义；S2、确定发射阵元间隔；S3、获得差分共阵天线；S4、确定虚拟通道个数；S5、对不同角度的远场目标进行方位角估计。针对传统毫米波MIMO雷达等间距天线布阵的天线有效孔径较小问题，本发明专利技术提出了一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法，通过发射天线和接收天线稀疏布阵，有效增加了虚拟通道个数，大幅提升了雷达的分辨能力以及有效减少接收天线之间的互耦效应，降低角度估计的误差。降低角度估计的误差。降低角度估计的误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法


[0001]本专利技术涉及雷达天线布阵领域，具体为一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法。

技术介绍

[0002]毫米波雷达在汽车、交通、智能家居等领域已经获得了广泛的应用。在这些应用中，高分辨角度估计具有十分重要的价值，良好的角度分辨性能，不仅有利于区分在角度维相隔非常近的目标，而且也有利于提升雷达的定位精度。雷达的角度分辨能力可以表示为θ
res
≈0.886λ/D，其中λ代表工作波长，D代表天线孔径。在λ确定情况下，提升雷达角度分辨力的方法主要有两种，一种增加天线孔径，一种是运用超分辨算法。其中增加天线孔径是基础，因为天线孔径增大之后，依然可以使用超分辨算法进一步提升分辨性能。由于超分辨算法对计算资源要求较高，所以在系统资源受限情况下，系统实现中更倾向于使用快速傅里叶变换或数字波束形成等技术来进行角度估计。综上所述，如何有效增加天线孔径在实际应用中意义非常重大。
[0003]所以，人们急需一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1、对天线阵元进行离散格点定义；
[0008]S2、确定发射阵元间隔；
[0009]S3、获得差分共阵天线；
[0010]S4、确定虚拟通道个数；
[0011]S5、对不同角度的远场目标进行方位角估计。
[0012]根据上述技术方案，在步骤S1中，将2发8收的天线阵元布局在一系列以d为间隔的离散格点上，由许多相同的单个天线(如对称天线)按一定规律排列组成的天线系统，称为天线阵，天线阵的独立单元称为阵元。为了满足通讯、雷达、导航、微波着陆、干扰和抗干扰等系统日渐严苛的需求，有必要将天线阵元来提高天线的增益。其中，d的大小取决于雷达视场角度的大小，若雷达视场角度小于90度，则d＞λ/2；若雷达视场角度等于90度，则d＝λ/2，其中λ代表雷达工作波长。
[0013]根据上述技术方案，在步骤S2中，将所述2发8收的天线阵元中的2个发射阵元间隔46d，其中8个接收阵元分别位于[0,1,4,10,16,18,21,23]×
d位置处，此时2发8收的天线阵元所组成的等效接收天线阵元分别位于
[0014][0,1,4,10,16,18,21,23,46,47,50,56,62,64,67,69]×
d处。
[0015]根据上述技术方案，在步骤S3中，将所述2发8收的天线阵元所组成的等效接收天线阵元进行集合处理，令集合
[0016]Q＝{0,1,4,10,16,18,21,23,46,47,50,56,62,64,67,69}，将集合Q中的元素两两之间的差值所组成的集合定义为D＝{n1‑
n2|n1，n2∈Q}，则可以获得阵元位置处在(0:69)
×
d的差分共阵天线。
[0017]根据上述技术方案，在步骤S4中，根据所述阵元位置处在(0:69)
×
d的差分共阵天线可以得到虚拟通道个数，其中，(0:69)代表代表0至69共70个连续的整数，即可以用2
×
8＝16个实际的收发通道等效出70个虚拟通道。
[0018]根据上述技术方案，在步骤S5中，对来自不同角度的远场目标的方位角进行估计，对不同角度的远场目标个数记作K，方位角估计步骤如下：
[0019]S501：在所述2发8收的天线阵元布局方案基础上，获取雷达各个通道采集的数据X(t):
[0020][0021]其中，是第k个目标的方位角，s(t)＝[s1(t),...,s
k
(t)...,s
K
(t)]T
是K个目标的信号向量，n(t)代表噪声向量，是阵列流形矩阵，发射天线的阵列流形向量为：发射天线的阵列流形向量为：接收天线的阵列流形向量为：线的阵列流形向量为：[
·
]T
代表转置，代表Kronecker积；
[0022]S502：求阵列接收信号X(t)的采样协方差矩阵R＝E[x(t)x
H
(t)]＝AR
s
A
H
+σ2I，其中，σ2代表噪声的方差，R
s
＝E[s(t)s
H
(t)],E[
·
]代表数学期望，I代表16
×
16的单位阵，(
·
)
H
代表共轭转置；
[0023]S503：对采样协方差矩阵R向量化处理，可得：其中，g＝vec(I),vec(
·
)代表向量化，(
·
)
*
代表共轭；
[0024]S504：根据所求的采样协方差矩阵R向量化，获取一个长度为70的差分共阵信号向量y，其阵列导向向量为
[0025]S505：对向量y进行重排并取共轭获得向量y
c
＝y
*
(70:
‑
1:2)，然后组成新的向量
[0026]S506：最后运用Bartlett波束形成技术估计方位角，得到阵列导向向量为其中表示雷达FOV内的所划分的某一个角度，由此得到角度的远场目标的方位角估计。
[0027]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0028]1、本专利技术通过发射天线和接收天线稀疏布阵，仅用2发8收共16个通道，实现了70个虚拟通道的天线孔径，有效增加了虚拟通道个数，大幅提升了雷达的分辨能力。
[0029]2、本专利技术所提出的天线布阵方式，能够有效减少接收天线之间的互耦效应，能够
降低角度估计的误差。
附图说明
[0030]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0031]图1是本专利技术2发8收情况下发射天线与接收天线阵元位置示意图；
[0032]图2是本专利技术一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法的步骤示意图；
[0033]图3是本专利技术一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法的方位角估计效果对比。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]在本实施例中：
[0036]一种基于毫米波MI本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1、对天线阵元进行离散格点定义；S2、确定发射阵元间隔；S3、获得差分共阵天线；S4、确定虚拟通道个数；S5、对不同角度的远场目标进行方位角估计。2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法，其特征在于：在步骤S1中，将2发8收的天线阵元布局在一系列以d为间隔的离散格点上，其中，d的大小取决于雷达视场角度的大小，若雷达视场角度小于90度，则d＞λ/2；若雷达视场角度等于90度，则d＝λ/2,λ代表雷达的工作波长。3.根据权利要求2所述的一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法，其特征在于：在步骤S2中，将所述2发8收的天线阵元中的2个发射阵元间隔46d，其中8个接收阵元分别位于[0,1,4,10,16,18,21,23]
×
d位置处，此时2发8收的天线阵元所组成的等效接收天线阵元分别位于[0,1,4,10,16,18,21,23,46,47,50,56,62,64,67,69]
×
d处。4.根据权利要求3所述的一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法，其特征在于：在步骤S3中，将所述2发8收的天线阵元所组成的等效接收天线阵元进行集合处理，令集合Q＝{0,1,4,10,16,18,21,23,46,47,50,56,62,64,67,69}，将集合Q中的元素两两之间的差值所组成的集合定义为D＝{n1‑
n2|n1，n2∈Q},则可以获得阵元位置处在(0:69)
×
d的差分共阵天线。5.根据权利要求4所述的一种基于毫米波MIMO雷达的天线阵列布设方法，其特征在于：在步骤S4中，根据所述阵元位置处在(0:69)
×
d的差分共阵天线可以得到虚拟通道个数...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑春弟，吴泉鹏，杨栋，吴睿，金良文，罗俊，刘文冬，
申请(专利权)人：珠海微度芯创科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：