高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法技术

本发明专利技术公开了一种高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法，包括：步骤1：根据项目指标要求的角度分辨率得出水平方向和俯仰方向的虚拟阵列口径的最小值；步骤2：根据所述虚拟阵列口径的最小值对发射天线阵列和接收天线阵列进行排布；步骤3：对所述发射天线阵列与所述接收天线阵列中发射阵元和接收阵元的位置进行优化调整。本发明专利技术在将天线阵列尺寸尽量缩小的基础上，大幅提高水平角和俯仰角测角精度，有效解决了传统技术中无法平衡天线阵列尺寸和测角精度的问题。寸和测角精度的问题。寸和测角精度的问题。

【技术实现步骤摘要】
高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法


[0001]本专利技术涉及车载毫米波雷达领域，具体涉及一种高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法。

技术介绍

[0002]近年来，高级驾驶员辅助系统(ADAS)因其能够减少交通事故和提高乘车体验等在全球呈现爆发式增长，毫米波雷达作为ADAS的重要传感器也在迅速发展，毫米波雷达能够获取目标的距离、速度、角度等重要信息，但是传统雷达的天线口径小，其角度分辨率差，无法精准获得目标的位置和角度信息。具有所感兴趣目标的密集点云特征、超高角度分辨率的4D毫米波雷达的市场需求越来越大，需要在方位角和俯仰角方面有更好的分辨能力来检测和确定物体的角度信息，并对单个物体进行成像。
[0003]申请号为CN202111039981.7的专利技术专利公开了一种用于毫米波汽车雷达的MIMO阵列天线，由三层介质材料和四层金属构成。金属层包括辐射层、天线反射层、带状线馈电层和底部地板层。辐射层刻蚀有由组合天线构成的MIMO阵列天线，天线布阵包括沿横向均匀排布阵间距为d的第一至第八接收天线与沿横向均匀排布阵间距为4d的第一至第三发射天线，其中，第二发射天线沿纵向有一个偏移量d。组合天线由网格单元与贴片单元两种形式的辐射单元构成，每个天线由两个以上等距离排列的相同的网格辐射单元组成，网格单元的非辐射边由弯曲弧线代替了传统的直线，辐射边由渐变式微带线代替了传统的同宽度微带线。
[0004]由于天线阵列口径和角度分辨率是相关的，阵列口径越大，分辨率越好，对应的天线阵列尺寸就越大。反之，阵列口径越小，分辨率越差，对应的天线阵列尺寸就越小。多输入多输出(MIMO)虚拟阵列方案通过增加方位角的虚拟阵列口径进而提高方位维度较高的角度分辨率，但是该方案由于阵元数目少，阵列口径小，会导致俯仰角度分辨率较弱，进而造成俯仰角度分辨率不能满足需求，或者天线阵列尺寸较大，使得毫米波雷达尺寸大，进而造成雷达在汽车上的安装和使用很不方便的问题。
[0005]因此，亟需提供一种新的技术方案，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法，以解决现有控制方法计算过于复杂，无法兼顾计算速度以及性能的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法。
[0008]根据本专利技术的高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法包括：步骤1：根据项目指标要求的角度分辨率得出水平方向和俯仰方向的虚拟阵列口径的最小值；
[0009]步骤2：根据所述虚拟阵列口径的最小值对发射天线阵列和接收天线阵列进行排布；
[0010]步骤3：对所述发射天线阵列与所述接收天线阵列中发射阵元和接收阵元的位置进行优化调整。
[0011]进一步的，所述步骤1包括如下步骤：
[0012]步骤11：根据所述角度分辨率，得出水平方向的最差角度分辨率θ
A
，及俯仰方向的最差角度分辨率θ
E
；
[0013]步骤12：将水平方向的最差角度分辨率θ
A
和俯仰方向的最差角度分辨率θ
E
分别代入如下公式1：
[0014][0015]其中θ
res
为角度分辨率，λ为电磁波波长，D为天线阵列口径，c为光速，f0为中心频率；
[0016]则可求得：水平方向阵列口径的最小值D
A
：
[0017]和俯仰方向阵列口径的最小值D
E
：
[0018]进一步的，所述步骤2包括如下步骤：
[0019]步骤21：根据步骤12中求得的D
A
和D
E
确定所述发射天线阵列和所述接收天线阵列的排布方式和排布形状；
[0020]步骤22：根据所述接收天线阵列的排布方式、排布形状，以及D
A
和D
E
的大小，将所述接收阵元和所述发射阵元均匀阵列。
[0021]进一步的，所述步骤3包括如下步骤：
[0022]步骤31：将步骤22中阵列的所述接收阵元、所述发射阵元在Z坐标位置dz，和所述接收阵元、所述发射阵元在Y坐标位置dy，分别设置为所述接收阵元和所述发射阵元的初始位置；
[0023]粒子群适应度函数公式为：
[0024][0025]其中，A为天线阵元增益幅度值，θ为水平角度，为俯仰角度，代表阵列阵元的位置和其形成的方向；
[0026]步骤32：将所述接收阵元和所述发射视为粒子群适应度函数中的粒子，基于粒子群适应度函数进行计算，对所述粒子的所述Z坐标位置dz和所述Y坐标位置dy进行微调优化。
[0027]进一步的，步骤32包括如下步骤：
[0028]步骤321：设定所述粒子的长度为0.05λ，所述粒子的最大速度为2λ，所述粒子的学习因子c1和c2均为2；
[0029]步骤322：基于所述粒子群适应度函数得出每个所述粒子的适应度数值；
[0030]步骤323：基于每个所述粒子的适应度数值，更新每个所述粒子的位置和速度；
[0031]步骤324：设置中止优化的条件，根据所述中止优化的条件确定所述粒子群的全局
位置是否为最优位置；
[0032]当所述粒子群的全局位置达到最优位置时中止优化，并输出满足优化条件的粒子群中每个所述粒子的位置；
[0033]当所述粒子群的全局位置未达到最优位置时，重复步骤322和步骤323，直至所述粒子位置最优，并输出满足优化条件的粒子群中每个粒子的位置。
[0034]进一步的，基于步骤324：
[0035]步骤325：设定步骤324中重复步骤次数的最大值为2000次；
[0036]步骤326：当重复过程中，所述粒子群的全局位置达到最优位置时中止优化，并输出满足优化条件的粒子群中每个粒子的位置；
[0037]当所述粒子群的全局位置未达到最优位置，但重复次数达到2000次时中止优化，并输出所述粒子群中每个粒子当下的最优位置。
[0038]进一步的，步骤31和步骤32之间还包括：
[0039]步骤33：根据不同角度探测性能的所述项目指标要求的角度分辨率，分别对所述水平角θ的范围和所述俯仰角的范围划分若干角度区间段；并对所述角度区间段分别设置不同的中止条件。
[0040]进一步的，步骤33包括如下步骤：
[0041]步骤331：将水平角度区间段分为[
‑
60，
‑
40]，[
‑
40，
‑
10]，[
‑
10，10]，[10，40]，[40，60]；
[0042]步骤332：将俯仰角度区间段分为[
‑
50，
‑
20]，[
‑
20，20]，[20，50]；
[0043]步骤333：对不同的所述水平角度区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法，其特征在于，包括：步骤1：根据项目指标要求的角度分辨率得出水平方向和俯仰方向的虚拟阵列口径的最小值；步骤2：根据所述虚拟阵列口径的最小值对发射天线阵列和接收天线阵列进行排布；步骤3：对所述发射天线阵列与所述接收天线阵列中发射阵元和接收阵元的位置进行优化调整。2.根据权利要求1所述的高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：步骤11：根据所述角度分辨率，得出水平方向的最差角度分辨率θ
A
，及俯仰方向的最差角度分辨率θ
E
；步骤12：将水平方向的最差角度分辨率θ
A
和俯仰方向的最差角度分辨率θ
E
分别代入如下公式1：其中θ
res
为角度分辨率，λ为电磁波波长，D为天线阵列口径，c为光速，f0为中心频率；则可求得：水平方向阵列口径的最小值D
A
：和俯仰方向阵列口径的最小值D
E
：3.根据权利要求2所述的高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：步骤21：根据步骤12中求得的D
A
和D
E
确定所述发射天线阵列和所述接收天线阵列的排布方式和排布形状；步骤22：根据所述接收天线阵列的排布方式、排布形状，以及D
A
和D
E
的大小，将所述接收阵元和所述发射阵元均匀阵列。4.根据权利要求3所述的高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：步骤31：将步骤22中阵列的所述接收阵元、所述发射阵元在Z坐标位置dz，和所述接收阵元、所述发射阵元在Y坐标位置dy，分别设置为所述接收阵元和所述发射阵元的初始位置；粒子群适应度函数公式为：其中，A为天线阵元增益幅度值，θ为水平角度，为俯仰角度，代表阵列阵元的位置和其形成的方向；步骤32：将所述接收阵元和所述发射视为粒子群适应度函数中的粒子，基于粒子群适应度函数进行计算，对所述粒子的所述Z坐标位置dz和所述Y坐标位置dy进行微调优化。
5.根据权利要求4所述的高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法，其特征在于，步骤32包括如下步骤：步骤321：设定所述粒子的长度为0.05λ，所述粒子的最大速度为2λ，所述粒子的学习因子c1和c2均为2；步骤322：基于所述粒子群适应度函数得出每个所述粒子的适应度数值；步骤323：基于每个所述粒子的适应度数值，更新每个所述粒子的位置和速度；步骤324：设置中止优化的条件，根据所述中止优化的条件确定所述粒子群的全局位置是否为最优位置；当所述粒子群的全局位置达到最优位置时中止优化，并输出满足优化条件的粒子群中每个所述粒子的位置；当所述粒子群的全局位置未达到最优位置时，重复步骤322和步骤323，直至所述粒子位置最优，并输出满足优化条件的粒子群中每个粒子的位置。6.根据权利要求5所述的高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法，其特征在于，基于步骤324：步骤325：设定步骤324中重复步骤次数的最大值为2000次；步骤326：当重复过程中，所述粒子群的全局位置达到最优位置时中止优化，并输出满足优化条件的粒子群中每个粒子的位置；当所述粒子群的全局位置未达到最优位置，但重复次数达到2000次时中止优化，并输出所述粒子群中每个粒子当下的最优位置。7.根据权利要求6所述的高角度分辨率的4D毫米波雷达天线阵列方法，其特征在于，步骤31和步骤32之间还包括：步骤33：根据不同角度探测性能的所述项目指标要求的角度分辨率，分别对所述水平角...

【专利技术属性】
技术研发人员：李力新，潘俊伟，张博，宋明鑫，
申请(专利权)人：广西睛智汽车技术有限公司，
类型：发明
国别省市：