一種mimo雷達(dá)天線(xiàn)陣稀疏布陣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)陣列天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種MIM0雷達(dá)天線(xiàn)陣稀疏布陣方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種新型雷達(dá)體制，MIM0(多輸入多輸出）雷達(dá)近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。 MM0雷達(dá)在發(fā)射端和接收端同時(shí)使用多個(gè)天線(xiàn)單元，發(fā)射端發(fā)射各自正交的波形，在每個(gè) 接收單元用一系列匹配濾波器提取這些波形信號(hào)，從而等效合成一個(gè)大口徑的虛擬接收 陣。與傳統(tǒng)體制雷達(dá)相比，MM0雷達(dá)能夠極大地提高系統(tǒng)空間分辨率。
[0003]MM0雷達(dá)天線(xiàn)陣各陣元實(shí)現(xiàn)對(duì)空間電磁波的采樣，如何合理放置發(fā)射/接收陣 元，以獲得具有最佳空間采樣性能的虛擬陣，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高分辨率性能的關(guān)鍵。通常情況 下，發(fā)射/接收端均采用均勻陣，則合成的虛擬陣雖為均勻陣，但存在大量的冗余間隔。 Chen等人（參考文獻(xiàn)：C.Chun-YangandP.P.Vaidyanathan,''MinimumredundancyMIM0 radars"，inIEEEInternationalSymposiumonCircuitsandSystems, 2008,pp. 45-48) 提出了最小冗余MMO(MR-MMO)陣列設(shè)計(jì)問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建稀疏發(fā)射/接收陣以減小虛擬陣 中的冗余間隔，在實(shí)現(xiàn)相同虛擬陣列孔徑的前提下可大大減小陣元數(shù)目，從而降低系統(tǒng)硬 件成本。醫(yī)學(xué)超聲波成像領(lǐng)域中，Karaman等人（參考文獻(xiàn):M.Karaman,I. 0.Wygant, 0. Oralkan,andB.T.Khuri-Yakub,''MinimallyRedundant2_DArrayDesignsfor3-D MedicalUltrasoundImaging,〃IEEETransactionsonMedicalImaging,vol.28, pp. 1051-1061, 2009)從Coarray的角度也考慮了類(lèi)似的問(wèn)題，構(gòu)造了幾種冗余度較小的發(fā) 射/接收陣。MR-MIM0陣列設(shè)計(jì)問(wèn)題規(guī)模很小（即發(fā)射/接收陣元數(shù)目很?。r(shí)，可通過(guò)窮 舉搜索的方法進(jìn)行求解。然而隨著陣元數(shù)目增大，該問(wèn)題的解空間規(guī)模呈指數(shù)級(jí)急劇膨脹， 要想在較短時(shí)間內(nèi)找到最佳的MR-MIM0陣列配置，窮舉搜索的方法已不可行。目前文獻(xiàn)尚 缺乏求解該問(wèn)題的有效算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出一種基于幾乎差集（AlmostDifferenceSets，ADS)和差基 (DifferenceBases，DB)的MM0雷達(dá)天線(xiàn)陣稀疏布陣方法，實(shí)現(xiàn)了MM0雷達(dá)最小冗余虛 擬陣。
[0005] 為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下術(shù)語(yǔ)定義：
[0006] 定義1 :MM0雷達(dá)
[0007]MIM0雷達(dá)的全稱(chēng)為"多輸入多輸出雷達(dá)"（multiple-inputmultipleoutput radar)，廣義上的MIM0雷達(dá)被定義為發(fā)射端和接收端有多個(gè)天線(xiàn)，且發(fā)射端發(fā)射多個(gè)不相 關(guān)或部分相關(guān)信號(hào)波形的雷達(dá)。詳見(jiàn)文獻(xiàn)D.W.BlissandK.W.Forsythe, "Multiple-input multiple-output(MIM0)radarandimaging:degreesoffreedomandresolution, "in Signals,SystemsandComputers, 2003.ConferenceRecordoftheThirty-Seventh AsilomarConferenceon,2003,pp. 54-59vol. 1.
[0008] 定義2、發(fā)射天線(xiàn)陣元和接收天線(xiàn)陣元
[0009] 發(fā)射天線(xiàn)陣元是指安裝在陣列天線(xiàn)上，用于發(fā)射信號(hào)波形的天線(xiàn)陣元，簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)射 陣元，用T表示；接收天線(xiàn)陣元是指安裝在陣列天線(xiàn)上，用于接收回波信號(hào)的天線(xiàn)陣元，簡(jiǎn) 稱(chēng)接收陣元，用R表示。M單元發(fā)射天線(xiàn)陣陣元位置集合，用{uT，m}表示；N單元接收天線(xiàn)陣 陣元位置集合，用{%n}表示。
[0010] 定義3、陣元間距
[0011] 陣元間距是指兩個(gè)陣元間的距離，為避免陣列方向圖柵瓣影響，陣元間距最小值 通常選取為小于或等于半個(gè)波長(zhǎng)。
[0012] 定義 4、Coarray
[0013]Coarray是指所有陣元間距的集合。詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)M.Karaman,I. 0.Wygant, 0. Oralkan,andB.T.Khuri-Yakub,^MinimallyRedundant2_DArrayDesigns for3-DMedicalUltrasoundImaging,''MedicalImaging,IEEETransactions on,vol. 28,pp. 1051-1061, 2009.
[0014] 定義5、陣列孔徑
[0015] 陣列孔徑即整個(gè)陣列的長(zhǎng)度，即首尾陣元的間距。
[0016] 定義6、陣列連續(xù)孔徑
[0017] 陣列的連續(xù)孔徑是指陣元間距集合（Coarray)中連續(xù)間距的最大值。
[0018]定義7、陣列冗余度
[0019] 陣列的冗余度是指所有可能的天線(xiàn)對(duì)數(shù)目與陣列連續(xù)孔徑的比值。冗余度等于1 時(shí)，陣列中無(wú)冗余陣元間距。冗余度大于1時(shí)，陣列中存在冗余陣元間距。
[0020] 定義8、正交波形
[0021] 若兩個(gè)波形滿(mǎn)足：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種MIMO雷達(dá)天線(xiàn)陣稀疏布陣方法，其特征在于，包括W下幾個(gè)步驟： 步驟1 ;雷達(dá)天線(xiàn)陣列參數(shù)初始化； 給定MIM0雷達(dá)發(fā)射陣陣元數(shù)目為M，接收陣陣元數(shù)為N; 從幾乎差集ADS庫(kù)中選擇參數(shù)為（V，M，A，t)的幾乎差集為初始幾乎差集
從ADS庫(kù)中選取幾乎差集時(shí)，首先確定幾乎差集中M的取值為發(fā)射陣兀數(shù)目，在確定M后，優(yōu)先選取A取值最小，V取值最大的幾乎差集； 從差基文獻(xiàn)中選取區(qū)間[0,門(mén)上N元差基度=[占"GZP，"=心..，; 步驟2;利用步驟1設(shè)置的初始化參數(shù)構(gòu)造初始MR-MIM0虛擬陣列； 令初始發(fā)射陣陣元位置為；=誠(chéng),"|}，m= 1，2,…，M; 令接收陣陣元位置；{%。}=化。?V}，n= 1，2,…，N; 根據(jù)MIM0雷達(dá)工作原理，合成的具有麗單元的初始MR-MIM0虛擬陣列的陣元位置為；
令初始循環(huán)移位0 =0,獲得MR-MIM0虛擬陣列的連續(xù)孔徑值L。，令最大連續(xù)孔徑值 Lmax - L 0 ; 令 0 = 1 ; 步驟3;更新虛擬陣列的陣元位置，獲取最佳MR-MIM0虛擬陣列； 枚舉初始幾乎差集的第0次移位版本，得到新的幾乎差集：
為取模操作； 基于新的幾乎差集，更新MR-MIM0虛擬陣列，根據(jù)MIM0雷達(dá)工作原理，計(jì)算獲得更新后 的MR-MIM0虛擬陣列的連續(xù)孔徑L。，并將它與當(dāng)前最大連續(xù)孔徑值LmJi行比較： 如果Lm"<L。，則更新最佳循環(huán)移位〇心=0,最佳幾乎差集0心=0^，最大連續(xù)孔徑 Lmax=L0； 如果Lm">L。，則LmJ呆持不變； W最佳幾乎差集和最大連續(xù)孔徑更新虛擬陣列的陣元位置，獲得當(dāng)前最佳MR-MIM0虛 擬陣列； 步驟4;判斷是否到達(dá)更新終止條件； 如0 =V-1，則返回最佳幾乎差集D°pt和最大連續(xù)孔徑值Lm"，終止迭代；否則，進(jìn)入步 驟5; 步驟5 :更新循環(huán)移位0 ; 0 ^ ( 0 +1)v，轉(zhuǎn)到步驟3。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MIM0雷達(dá)天線(xiàn)陣稀疏布陣方法，其特征在于，當(dāng)雷達(dá) 天線(xiàn)陣列為二維平面陣時(shí)，設(shè)定發(fā)射平面陣陣元數(shù)目為MyXMy，接收平面陣陣元數(shù)目為 NxXNy: a)發(fā)射陣陣元位置點(diǎn)集為；{uT,mx,my} =KcL，d'my)}，式中，{cU為按權(quán)利要求1所述方法獲得的最隹幾乎差集巧叩；，始,，乂,，〇 = {媒子€公，，/?^ = 1，."成,}確定；{(1'"}為 按權(quán)利要求1所述方法獲得的最佳幾乎差集1^(^,.心，.，乂^、.）= ^(4：^€2>%/啤=心-，齡，.} 確定； 扣）接收陣陣元位置點(diǎn)集為；=UbM.Vy，b'M.Vy)}，式中，IbJ為區(qū)間 [0，PJ上的差基，IVny}為區(qū)間[〇，Py]上的差基，nx= 1，2,…，Nx;ny= 1，2,…，Ny; 合成的MyMyNyNy單元虛擬平面陣的陣元位置點(diǎn)集為：
覆蓋的最大連續(xù)孔徑區(qū)域?yàn)閄l4?，其中，寫(xiě)lax、與。ax分別為虛擬平面陣在X、y軸 上最大連續(xù)孔徑值。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種MIMO雷達(dá)天線(xiàn)陣稀疏布陣方法，以幾乎差集和差基為基礎(chǔ)，通過(guò)枚舉移位的過(guò)程來(lái)快速構(gòu)建MIMO雷達(dá)發(fā)射/接收陣。當(dāng)所有發(fā)射陣元同時(shí)發(fā)射正交信號(hào)，而接收陣元同時(shí)接收回波信號(hào)時(shí)，利用相位中心近似原理可等效構(gòu)建具有均勻間距的虛擬陣列；給定發(fā)射/接收陣元數(shù)目，按照本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)等效虛擬陣列的連續(xù)孔徑最大化，從而顯著提高M(jìn)IMO雷達(dá)系統(tǒng)的空間分辨率；給定虛擬陣列連續(xù)孔徑，按照本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)發(fā)射/接收陣元數(shù)目最小化，從而顯著減小系統(tǒng)硬件成本。本發(fā)明的方法計(jì)算量小，且對(duì)MIMO雷達(dá)稀疏直線(xiàn)陣和平面陣的構(gòu)建情形均適用。
【IPC分類(lèi)】G01S7-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104849696
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510204647
【發(fā)明人】董健, 秦小芳, 施榮華
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月27日