CN104269612B - 近距离平面阵列多输入多输出成像天线布局方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种近距离平面阵列MIMO成像天线的布局方法，包括：步骤S1：确定成像系统的最短有效合成阵列大小和平面阵列阵元天线尺寸；步骤S2：确定同类收发天线中心最小间距；步骤S3：确定成像系统的最小合成阵列的收发阵元总数以及最小合成阵列尺寸；步骤S4：计算成像系统的收发总阵元数、天线等效相位中心数和成像系统的平面阵列尺寸；步骤S5：计算成像系统的发射和接收阵元天线几何中心位置的分布；步骤S6：根据成像系统的发射和接收阵元天线几何中心位置的分布进行布局。根据本发明的布局方法解决了平面阵列MIMO成像中有效合成阵列长度受观测距离的影响问题，在保证近距离微波图像质量的前提下，进一步提高了数据获取效率。

Description

近距离平面阵列多输入多输出成像天线布局方法

技术领域

本发明涉及近距离微波成像观测领域，尤其涉及一种近距离平面阵列多输入多输出成像天线布局方法。

背景技术

近距离微波成像技术凭借其不受光照等条件的影响，具有可以穿透一定的障碍物等优势，在安全检测、无损检测、雷达目标成像诊断等领域发挥着越来越重要的重要。根据实际应用特点，近距离微波成像通常的观测范围在2m以内或者10m以内，常规采用单天线沿二维平面移动从而获取观测目标回波数据的方式时间长，效率较低，仅适用于实验验证，却不适于实际的系统应用。

美国太平洋西北实验室DavidM.Sheen等采用阵列天线构型，通过微波开关切换实现等效满阵天线合成，并结合机械扫描运动(包括Y轴方向和Z轴方向的扫描运动)实现平面孔径合成，进而实现对观测目标的高分辨率三维成像。该成像模式中，等效满阵天线合成主要通过上下各一排收发天线完成，由于天线紧凑排布，通过需要成百天线阵元，相应地也需要复杂的微波网络予以配合。

近年来，荷兰A.G.Yarovoy等为进一步提高数据获取效率，结合多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output简称MIMO)阵列优化方法，进一步降低收发天线数量，但该阵列优化方法隐含地假设了所有阵元均能实现对观测目标的回波信号获取，也即无论观测目标自身的尺度大小，阵列天线距离观测目标的距离均远远大于阵列天线本身，而实际近距离成像中，由于观测目标与天线距离有限，通常只有米级距离，随着观测角度范围的增大，收发天线中并不是每个阵元均能接收到有效的回波信号，因此其有效合成阵列长度会急剧缩短，进而影响到成像观测质量，不利于实际应用。

谭维贤等针对微波近距离成像中的阵列优化问题进行研究，分析了不考虑限制条件的远距离阵列稀疏优化方法在近距离成像中的局限性，给出了考虑波束宽度限制的近距离一维阵列稀疏优化方法，一定程度上解决了有效合成阵列长度受观测距离的影响问题，但由于该方法主要是针对一维阵列，尚未考虑平面二维阵列构型及优化策略。

专利文献1：DavidM.Sheen,H.DaleCollins,ThomasE.Hall,Real-timewidebandholographicsurveillancesystem,No:5557283,Sep.17,1996.

专利文献2：X.Zhuge,A.Yarovoy,J.Fortuny-Guasch,etal."Anultra-widebandradarimagingsystemusingatwo-dimensionalmultiple-inputmultiple-output(MIMO)transducerarray",EuropeanPatentApplicationNo.09173986.2-2220,Dec.2009.

非专利文献1：X.ZhugeandA.G.Yarovoy,“AsparseapertureMIMO-SAR-basedUWBimagingsystemforconcealedweapondetection,”IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,vol.49,no.1,pp.509–518,2011.

非专利文献2：YaolongQi,WeixianTan,XuemingPeng,YanpingWang,andWenHong.Applicationofoptimizedsparseantennaarrayinnearrange3dmicrowaveimaging,IEICETRANS.COMMUN.,Vol.E96-B,No.10,2542-2552,2013.

非专利文献3：YaolongQi,YanpingWang,WeixianTanandWenHong,ApplicationofsparsearrayandMIMOinnear-rangemicrowaveimaging,Proc.SPIE8179,81790X,2011.

非专利文献4：谭维贤.合成孔径雷达三维成像理论与方法研究[D].[博士学位].北京:中国科学院研究生院,2009.

现有技术中主要的技术缺陷在于：现有近距离微波成像主要采用一维阵列天线构型，且所需阵元天线数目繁多，相应的微波网络及全系统复杂度较高，需要通过机械扫描获取目标回波数据，其效率较低；基于平面阵列的MIMO成像天线构型尚未考虑目标与天线之间的距离，影响了实际平面阵列合成孔径的大小，进而影响了近距离微波图像的质量；已有的解决了有效合成阵列长度受观测距离的影响问题的方法尚未考虑二维平面阵列合成，不利于进一步提高近距离微波成像数据获取效率。

发明内容

本发明所要解决的问题是近距离微波成像不能兼顾效率和成像质量，提供一种近距离平面阵列多输入多输出成像天线的布局方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种近距离平面阵列多输入多输出成像天线的布局方法，其包括以下步骤：

步骤S1：根据平面阵列多输入多输出成像系统的二维平面分辨率、阵列天线目标近距和系统工作频率确定成像系统的最短有效合成阵列大小和平面阵列阵元天线尺寸；

步骤S2：根据成像系统的平面阵列阵元天线尺寸确定同类收发天线中心最小间距；

步骤S3：根据最短有效合成阵列大小和同类收发天线中心最小间距确定成像系统的最小合成阵列的收发阵元总数以及最小合成阵列尺寸；

步骤S4：根据预设的阵列观测范围、最小合成阵列尺寸、最小合成阵列的收发阵元数计算成像系统的收发总阵元数、天线等效相位中心数和成像系统的平面阵列尺寸；

步骤S5：根据成像系统收发总阵元数、天线等效相位中心数和成像系统平面阵列尺寸计算成像系统的发射和接收阵元天线几何中心位置的分布；

步骤S6：根据成像系统的发射和接收阵元天线几何中心位置的分布进行布局。

作为优选，步骤S1进一步包括：

步骤S11：根据成像系统的二维平面分辨率计算平面阵列阵元波束宽度；

步骤S12：根据平面阵列阵元波束宽度，以及阵列天线目标近距，计算最短有效合成阵列大小；

步骤S13：根据平面阵列阵元波束宽度，以及由系统工作频率所确定的系统工作波长计算平面阵列阵元尺寸。

作为优选，步骤S2进一步包括：步骤21：通过式(1)，根据成像系统在Y轴和Z轴方向上的天线阵元口面距离和平面阵列阵元天线尺寸确定同类收发天线中心最小间距，同类收发天线中心最小间距包括俯仰向阵元天线中心最小间距Δl_minz和方位向阵元天线中心最小间距Δl_miny；

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}=l_y+{\mathrm{\ξ}}_y\\ \mathrm{\Δ}{l}_{\min z}=l_z+{\mathrm{\ξ}}_z\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸，ξ_y和ξ_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的天线阵元口面距离，其中，ξ_y∈(0,l_y/2)，且ξ_z∈(0,l_z/2)；或者，ξ_y＝ξ_z∈(0,min[l_y,l_z])。

作为优选，步骤S3进一步包括：

步骤S30：根据Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小和Y轴与Z轴阵元天线中心最小间距计算最小合成阵列沿Y轴与Z轴的收发阵元数；

步骤S33：根据最小合成阵列沿Y轴与Z轴方向收发阵元数通过式(2)计算最小合成阵列收发阵元总数；

N_minTR＝N_minyTN_minzT+M_minyRM_minzR(2)

其中，N_minTR表示最小合成阵列收发阵元总数，N_minyT和N_minzT分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的发射阵元数，M_minyR和M_minzR分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的接收阵元数；

步骤S34：根据Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小和Y轴与Z轴阵元天线中心最小间距通过式(3)修正成像系统的最小合成阵列尺寸；

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\min \mathrm{syn}\_\mathrm{Ycor}}=N_{\min \mathrm{yT}}\×M_{\min \mathrm{yR}}\×\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}}{2}+l_y\\ L_{\min \mathrm{syn}\_\mathrm{Zcor}}=N_{\min \mathrm{zT}}\×M_{\min \mathrm{zR}}\×\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}}{2}+l_z\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，L_{minsyn_Ycor}和L_{minsyn_Zcor}分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上经修正的成像系统的最小合成阵列尺寸，Δl_miny和Δl_minz分别表示Y轴方向和Z轴方向阵元天线中心最小间距，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸。

作为优选，步骤S30进一步包括：

步骤S301：根据式(4)计算最小合成阵列沿Y轴方向发射阵元数N_minyT，根据式(5)计算最小合成阵列沿Z轴方向发射阵元数N_minzT，

其中，L_{minsyn_Y}和L_{minsyn_Z}表示沿Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小；

步骤S302：根据式(6)计算最小合成阵列沿Y轴方向接收阵元数M_minyR，根据式(7)计算最小合成阵列沿沿Z轴方向接收阵元数M_minzR，

其中，L_{minsyn_Y}和L_{minsyn_Z}表示沿Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小。

作为优选，步骤S4进一步包括：

步骤S41：根据阵列观测范围和最小合成阵列尺寸通过下述公式确定沿Y轴与Z轴方向上的最小合成阵列数，

其中，N_ArrayY和N_ArrayZ分别表示沿Y轴与Z轴方向上的等效最小合成阵列数，S_Y0和S_Z0分别表示沿Y轴和Z轴方向的目标观测范围；

步骤S42：根据最小合成阵列数通过式(9)和式(10)分别对应计算成像系统收发总阵元数和天线等效相位中心数，

$\left\{\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{TransArrayY}}=N_{\min \mathrm{yT}}\×(N_{\mathrm{ArrayY}}+1)/2\\ N_{\mathrm{ReceiArrayY}}=M_{\min \mathrm{yR}}\×(N_{\mathrm{ArrayY}}+1)/2\\ N_{\mathrm{TransArrayZ}}=N_{\min \mathrm{zT}}\×(N_{\mathrm{ArrayZ}}+1)/2\\ N_{\mathrm{ReceiArrayZ}}=M_{\min \mathrm{zR}}\×(N_{\mathrm{ArrayZ}}+1)/2\\ N_{\mathrm{TRArrayYZ}}=N_{\mathrm{TransArrayY}}{N}_{\mathrm{TransArrayZ}}+N_{\mathrm{ReceiArrayY}}{N}_{\mathrm{ReceiArrayZ}}\end{array}\right.---\left(9\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayY}}=\left(N_{\min \mathrm{yT}}{M}_{\min \mathrm{yR}}\right)\×N_{\mathrm{ArrayY}}\\ {\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayZ}}=\left(N_{\min \mathrm{zT}}{M}_{\min \mathrm{zR}}\right)\×N_{\mathrm{ArrayZ}}\\ {\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayYZ}}={\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayY}}\×{\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayZ}}\end{array}\right.---\left(10\right)$

其中，N_TransArrayY和N_ReceiArrayY分别表示成像系统的合成阵列单列天线沿Y轴方向的发射天线和接收天线，N_TransArrayZ和N_ReceiArrayZ分别表示成像系统的合成阵列单列天线沿Z轴方向的发射天线和接收天线数目，N_TRArrayYZ表示成像系统收发总阵元数，

APC_TRArrayY和APC_TRArrayZ分别表示成像系统的合成阵列单列天线沿Y轴和Z轴方向的天线等效相位中心数，APC_TRArrayYZ表示成像系统的合成阵列总的天线等效相位中心数；

步骤S43：根据Y轴和Z轴阵元天线中心最小间距和沿Y轴和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸通过式(11)计算成像系统平面阵列尺寸，

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{syn}\_Y}={\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayY}}\×\frac{{\mathrm{\Δl}}_{\min y}}{2}+{2l}_y\\ L_{\mathrm{syn}\_Z}={\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayZ}}\×\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}}{2}+{2l}_z\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中，L_{syn_Y}和L_{syn_Z}分别表示成像系统平面阵列沿Y轴和Z轴方向的实际物理尺寸；

作为优选，步骤S5进一步包括：

步骤S51：以成像系统平面阵列几何中心为原点，计算成像系统平面阵列发射阵元天线几何中心位置的分布；

步骤S52：以成像系统平面阵列几何中心为原点，计算成像系统平面阵列接收阵元天线几何中心位置的分布；

步骤S53：分别记录发射和接收阵元天线几何中心位置。

作为优选，步骤S51进一步包括：

步骤S512：通过式(12)计算第k_n,m＝[N_TransArrayY×(m-1)+n]个发射阵元天线几何中心位置

步骤S513：使计数变量n加1，若n≤N_TransArrayY，执行步骤S512；若n＞N_TransArrayY，继续执行步骤S514；

步骤S514：使计数变量m加1，若m≤N_TransArrayZ，使n＝1，继续执行步骤S512；若m＞N_TransArrayZ，继续执行步骤S52；

其中，m和n为临时计数变量，k_m,n＝1,2,…,(N_TransArrayYN_TransArrayZ)为发射阵元天线几何中心标识。

作为优选，步骤S52进一步包括：

步骤S521：设置临时计数变量，p＝1，q＝1；

步骤S522：通过式(13)计算第kk_p,q＝[N_ReceiArrayY×(q-1)+p]个发射阵元天线几何中心位置

${{\mathrm{PR}}_{\mathrm{kk}}}_{p,q}(y,z)~\left\{\begin{array}{c}y=-\frac{L_{\mathrm{syn}\_Y}-l_y}{2}+(p-1)\left(\frac{N_{\min \mathrm{yT}}}{2}\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}\right)\\ z=-\frac{L_{\mathrm{syn}\_Z}-l_z}{2}+(q-1)\left(\frac{N_{\min \mathrm{zT}}}{2}\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}\right)\end{array}\right.---\left(13\right)$

步骤S523：使计数变量p加1，若计数变量p≤N_ReceiArrayY，执行步骤S522；若p＞N_ReceiArrayY，继续执行步骤S524；

步骤S524：使计数变量q加1，若q≤N_ReceiArrayZ，使p＝1，继续执行步骤S522；若q＞N_ReceiArrayZ，继续执行步骤S53；

其中，m和n为临时变量，kk_p,q＝1,2,…,(N_ReceiArrayYN_ReceiArrayZ)为接收阵元天线几何中心标识；

步骤S53具体为：分别记录发射和接收阵元天线几何中心位置和

作为优选，步骤S6进一步包括：

步骤S61：根据系统工作波长确定成像系统的平面阵列天线安装基准面平面度或安装基准面位置测量精度要求；

步骤S62：根据记录的发射和接收阵元天线几何中心位置在平面阵列天线安装基准面上进行天线布局中心标记；

步骤S63：阵元天线布局，具体为在保证收发天线阵元几何中心与收发天线布局中心标记重合的前提下，进行收发天线布局；

步骤S64：在天线安装过程中存在发射阵元天线和接收阵元天线物理位置相互干涉的情况下：

如果发射天线与接收天线位置布局中心Y轴和Z轴相邻，则减小物理位置存在干涉的发射天线和接收天线的实际尺寸或增大天线波束宽度或调整与发射天线相邻的接收天线位置关系，直到阵元几何中心与天线布局中心标记重合；

如果发射天线与接收天线位置布局中心不相邻，则不调整位置关系。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：

1、根据本发明的布局方法充分考虑了天线波束宽度限制和目标观测距离的影响，引入MIMO成像最小合成阵列，通过多组最小合成阵列之间灵活的收发方式组合，能够在保证成像质量不受影响的基础上，进一步减少天线阵元数量，解决了常规一维阵列天线需要通过机械扫描获取目标回波数据效率低等问题，而且考虑目标与天线之间的距离，解决了平面阵列MIMO成像中有效合成阵列长度受观测距离的影响问题，在保证近距离微波图像质量的前提下，进一步提高了数据获取效率；同时，该方法操作简单，无需通过复杂的优化计算，能够快速完成MIMO成像天线构型布局；

2、通过分别计算接收和发射的阵元数实现混合整数规划，从而保证物理收发阵元总数达到最少；

3、计算时在沿Y轴方向和Z轴方向留有一定间隙，有利于天线空间安装，也有利于降低天线之间的互耦影响

4、通过对收发天线局部位置进行调整从而避免天线实际安装过程中存在发射阵元天线和接收阵元天线物理位置相互干涉的情况。

附图说明

图1为根据本发明的近距离平面阵列MIMO成像天线布局的几何示意图；

图2为根据本发明的近距离平面阵列MIMO成像天线布局方法的流程图；

图3所示为根据本发明的布局方法的最小合成阵列的示意图；

图4所示为根据本发明的MIMO成像系统的合成阵列的示意图；

图5所示为根据本发明的布局方法所进行的阵元天线布局的示意图；

图6所示为根据本发明的布局方法所进行的两种收发天线局部位置调整的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的进行详细描述。文中所涉及的步骤除非存在上下逻辑联系，否则不限制本发明的布局方法的步骤。

如图1所示，为本发明给出的一种近距离平面阵列多输入多输出成像天线的布局方法，其中，平面阵列MIMO成像系统二维平面包括俯仰向(即Z轴方向)和方位向(即Y轴方向)，X_near为阵列天线目标近距，即观测目标距离平面阵列天线口面(记为ABCD)的最短距离，原点O(0,0)为MIMO成像系统平面阵列几何中心，S_Y0和S_Z0分别表示沿Y轴和Z轴方向的目标观测范围。同常规平面MIMO成像天线布局(成像几何示意如图1所示)相比，根据本发明的布局方法充分考虑了天线波束宽度限制和目标观测距离的影响，引入MIMO成像最小合成阵列，通过多组最小合成阵列之间灵活的收发方式组合，能够在保证成像质量不受影响的基础上，进一步减少天线阵元数量，避免采用效率较低机械扫描方式等，通过MIMO体制实现高效回波数据获取。

根据本发明的实施例，提供了一种近距离平面阵列MIMO成像天线的布局方法，包括步骤如下：

步骤S1：平面阵列MIMO成像系统基本参数计算，即，根据平面阵列MIMO成像系统的二维平面分辨率、阵列天线目标近距和系统工作频率确定平面阵列MIMO成像系统的最短有效合成阵列大小和平面阵列阵元天线尺寸；

其中，平面阵列MIMO成像系统二维平面分辨率包括俯仰向分辨率(即Z轴方向分辨率)和方位向分辨率(即Y轴方向分辨率)，分别表示为ρ_Z和ρ_Y；参考图1，阵列天线目标近距为观测目标距离平面阵列天线口面(记为ABCD)的最短距离，记为X_near；平面阵列MIMO成像系统的工作频率为f_c，则相应的成像系统的工作波长为λ_c＝C/f_c，其中C为常数，表示电磁波传播速度；

平面阵列MIMO成像系统基本参数包括最短有效合成阵列大小和平面阵列阵元天线尺寸；确定平面阵列MIMO成像系统的最短有效合成阵列大小和平面阵列阵元天线尺寸的具体过程为：

步骤S11：通过公式(1)计算平面阵列阵元波束宽度，根据平面阵列MIMO成像系统的二维平面分辨率ρ_Z和ρ_Y计算平面阵列阵元波束宽度θ_Y和φ_Z，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_Y=2\arcsin \left(\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{4{\mathrm{\ρ}}_X}\right)\\ {\mathrm{\φ}}_Z=2\arcsin \left(\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{4{\mathrm{\ρ}}_Z}\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，θ_Y和φ_Z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的波束宽度，λ_c为平面阵列MIMO成像系统的工作波长；

步骤S12：通过公式(2)计算最短有效合成阵列大小，根据步骤S11获得的平面阵列阵元波束宽度θ_Y和φ_Z，以及阵列天线目标近距X_near，计算最短有效合成阵列大小，

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\min \mathrm{syn}\_Y}=2X_{\mathrm{near}}\tan \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_Y}{2}\right)\\ L_{\min \mathrm{syn}\_Z}={2X}_{\mathrm{near}}\tan \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_Z}{2}\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，L_{minsyn_Y}和L_{minsyn_Z}分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的最短有效合成阵列大小；

步骤S13：通过公式(3)计算平面阵列阵元天线尺寸，根据步骤S11获得的平面阵列阵元波束宽度θ_Y和φ_Z，以及系统工作波长λ_c计算平面阵列阵元

$\left\{\begin{array}{c}{l}_y=\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{\tan \left({\mathrm{\θ}}_Y\right)}{K}_b\\ l_z=\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{\tan \left({\mathrm{\φ}}_Z\right)}{K}_b\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸，λ_c为平面阵列MIMO成像系统的工作波长，K_b为波束宽度系数，与天线口径上的电流分布相关，通常K_b＝0.886，平面阵列阵元天线尺寸不区分发射天线和接收天线，两者具备相同的物理方面的天线尺寸；

步骤S2：同类收发天线中心最小间距计算，根据平面阵列MIMO成像系统的平面阵列阵元天线尺寸确定同类收发天线中心最小间距，其中，以接收天线(包括Y轴的接收天线和Z轴的接收天线)作为一类，以发射天线(包括Y轴的发射天线和Z轴的发射天线)作为另一类；

平面阵列MIMO成像系统的同类收发天线中心最小间距包括俯仰向(Z轴)阵元天线中心最小间距Δl_minz和方位向(Y轴)阵元天线中心最小间距Δl_miny；

根据平面阵列阵元尺寸计算同类收发阵元天线中心最小间距为，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}=l_y+{\mathrm{\ξ}}_y\\ \mathrm{\Δ}{l}_{\min z}=l_z+{\mathrm{\ξ}}_z\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸，实际中，天线布局时需要沿Y轴方向和Z轴方向留有一定间隙，即有利于天线空间安装，也有利于降低天线之间的互耦影响，ξ_y和ξ_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的天线阵元口面距离，通常ξ_y∈(0,l_y/2)，且ξ_z∈(0,l_z/2)；也可以取ξ_y＝ξ_z∈(0,min[l_y,l_z])，其中，min[l_y,l_z]表示取l_y和l_z的最小值；

步骤S3：MIMO成像系统的最小合成阵列参数计算，根据最短有效合成阵列大小和同类收发天线中心最小间距参数确定MIMO成像系统的最小合成阵列的收发阵元总数(即包括发射阵元数、接收阵元数)和最小合成阵列尺寸，具体地包括步骤30：根据Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小和Y轴与Z轴阵元天线中心最小间距计算最小合成阵列沿Y轴与Z轴的收发阵元数，步骤S30进一步包括：

步骤S301：根据下述公式计算最小合成阵列沿Y轴方向发射阵元数N_minyT，根据式(5)计算最小合成阵列沿Z轴方向发射阵元数N_minzT，

其中，L_{minsyn_Y}和L_{minsyn_Z}分别表示沿Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小；

步骤S302：根据下述公式计算最小合成阵列沿Y轴与Z轴方向接收阵元数，

其中，L_{minsyn_Y}和L_{minsyn_Z}表示沿Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小。

可选地，步骤S30可以分解为步骤S31和步骤S32，其中，

步骤S31：最小合成阵列沿Y轴方向收发阵元数计算，根据方位向(Y轴)方向上的最短有效合成阵列大小和方位向(Y轴)阵元天线中心最小间距参数计算最小合成阵列沿方位向(Y轴)收发阵元数；

步骤S311：根据式(5)计算最小合成阵列沿Y轴方向发射阵元数，

其中，N_minyT表示沿最小合成阵列沿Y轴方向发射阵元数，Δl_miny表示Y轴方向阵元天线中心最小间距，L_{minsyn_Y}表示沿Y轴方向上的最短有效合成阵列大小，数学计算符号表示下取整函数，例如

步骤S312：最小合成阵列沿Y轴方向接收阵元数计算，

其中，M_minyR表示沿最小合成阵列沿Y轴方向接收阵元数，Δl_miny表示Y轴方向阵元天线中心最小间距，L_{minsyn_Y}表示沿Y轴方向上的最短有效合成阵列大小，数学计算符号表示上取整函数，例如

式(5)和(6)的阵元数是通过混合整数规划求解而来，从而保证了物理收发阵元总数达到最少。

步骤S32：最小合成阵列沿Z轴方向收发阵元数计算，根据俯仰向(Z轴)方向上的最短有效合成阵列大小和俯仰向(Z轴)阵元天线中心最小间距参数计算最小合成阵列沿俯仰向(Z轴)收发阵元数；

步骤S321：最小合成阵列沿Z轴方向发射阵元数计算，

其中，N_minzT表示沿最小合成阵列沿Z轴方向发射阵元数，Δl_minz表示Z轴方向阵元天线中心最小间距，L_{minsyn_Z}表示沿Z轴方向上的最短有效合成阵列大小，数学计算符号表示下取整函数；

步骤S322：最小合成阵列沿Z轴方向接收阵元数计算，

其中，M_minzR表示沿最小合成阵列沿Z轴方向接收阵元数，Δl_minz表示Z轴方向阵元天线中心最小间距，L_{minsyn_Z}表示沿Z轴方向上的最短有效合成阵列大小，数学计算符号表示上取整函数；

式(7)和(8)的阵元数是通过混合整数规划求解而来，从而保证物理收发阵元总数达到最少。

步骤S33：根据式(9)计算最小合成阵列收发阵元总数，根据最小合成阵列沿Y轴方向收发阵元数和最小合成阵列沿Z轴方向收发阵元数计算最小合成阵列收发阵元总数；

N_minTR＝N_minyTN_minzT+M_minyRM_minzR(9)

其中，N_minTR表示最小合成阵列收发阵元总数，N_minyT和N_minzT分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的发射阵元数，M_minyR和M_minzR分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的接收阵元数，如3所示为根据本发明的布局方法的最小合成阵列的示意图，其中，(多个)发射阵元位于四个位置(Z轴最大值或Z轴最小值与Y轴最大值或Y轴最小值的任意组合)，而(多个)接收阵元布满整个平面，由于本发明中发射阵元和接收阵元是可以通用的，

因而接收阵元和发射阵元的位置可以调换；

步骤S34：根据式(10)计算最小合成阵列尺寸，根据方位向(Y轴)方向上的最短有效合成阵列大小和方位向(Y轴)阵元天线中心最小间距参数修正MIMO成像系统的最小合成阵列尺寸；

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\min \mathrm{syn}\_\mathrm{Ycor}}=N_{\min \mathrm{yT}}\×M_{\min \mathrm{yR}}\×\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}}{2}+l_y\\ L_{\min \mathrm{syn}\_\mathrm{Zcor}}=N_{\min \mathrm{zT}}\×M_{\min \mathrm{zR}}\×\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}}{2}+l_z\end{array}\right.---\left(10\right)$

其中，L_{minsyn_Ycor}和L_{minsyn_Zcor}分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上经修正的MIMO成像系统的最小合成阵列尺寸，N_minyT和N_minzT分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的发射阵元数，M_minyR和M_minzR分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的接收阵元数，Δl_miny表示Y轴方向阵元天线中心最小间距，Δl_minz表示Z轴方向阵元天线中心最小间距，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸；

步骤S4：MIMO成像系统的合成阵列参数计算，根据预设的阵列观测范围、最小合成阵列尺寸、最小合成阵列的发射阵元数和接收阵元数计算MIMO成像系统的合成阵列参数(该参数包括MIMO成像系统收发总阵元数、天线等效相位中心数和MIMO成像系统平面阵列尺寸)；具体地，

步骤S41：通过式(10)计算最小合成阵列数，根据阵列观测范围和最小合成阵列尺寸确定最小合成阵列数，

其中，N_ArrayY和N_ArrayZ分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的等效最小合成阵列数，阵列观测范围包括沿Y轴方向和Z轴方向上的观测范围，S_Y0表示沿Y轴方向的目标观测范围和S_Z0表示沿Z轴方向的目标观测范围，L_{minsyn_Ycor}和L_{minsyn_Zcor}分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上修正MIMO成像系统的最小合成阵列尺寸，表示下取整函数，如图4所示为根据本发明的MIMO成像系统的合成阵列的示意图；

步骤S42：通过式(12)和式(13)计算MIMO成像系统的收发总阵元数，即，根据最小合成阵列数计算MIMO成像系统收发总阵元数和天线等效相位中心数，

$\left\{\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{TransArrayY}}=N_{\min \mathrm{yT}}\×(N_{\mathrm{ArrayY}}+1)/2\\ N_{\mathrm{ReceiArrayY}}=M_{\min \mathrm{yR}}\×(N_{\mathrm{ArrayY}}+1)/2\\ N_{\mathrm{TransArrayZ}}=N_{\min \mathrm{zT}}\×(N_{\mathrm{ArrayZ}}+1)/2\\ N_{\mathrm{ReceiArrayZ}}=M_{\min \mathrm{zR}}\×(N_{\mathrm{ArrayZ}}+1)/2\\ N_{\mathrm{TRArrayYZ}}=N_{\mathrm{TransArrayY}}{N}_{\mathrm{TransArrayZ}}+N_{\mathrm{ReceiArrayY}}{N}_{\mathrm{ReceiArrayZ}}\end{array}\right.---\left(12\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayY}}=\left(N_{\min \mathrm{yT}}{M}_{\min \mathrm{yR}}\right)\×N_{\mathrm{ArrayY}}\\ {\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayZ}}=\left(N_{\min \mathrm{zT}}{M}_{\min \mathrm{zR}}\right)\×N_{\mathrm{ArrayZ}}\\ {\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayYZ}}={\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayY}}\×{\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayZ}}\end{array}\right.---\left(13\right)$

其中，N_TransArrayY和N_ReceiArrayY分别表示MIMO成像系统的合成阵列单列天线沿Y轴方向的发射天线和接收天线，N_TransArrayZ和N_ReceiArrayZ分别表示MIMO成像系统的合成阵列单列天线沿Z轴方向的发射天线和接收天线数目，N_TRArrayYZ表示MIMO成像系统收发总阵元数，APC_TRArrayY和APC_TRArrayZ分别表示MIMO成像系统的合成阵列单列天线沿Y轴和Z轴方向的天线等效相位中心数，APC_TRArrayYZ表示MIMO成像系统的合成阵列总的天线等效相位中心数；N_minyT和N_minzT分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的发射阵元数，M_minyR和M_minzR分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的接收阵元数，N_ArrayY和N_ArrayZ分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的等效最小合成阵列数；

步骤S43：通过式(14)计算MIMO成像系统平面阵列参数，即，根据方位向(Y轴)和俯仰向(Z轴)阵元天线中心最小间距参数计算MIMO成像系统平面阵列尺寸，

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{syn}\_Y}={\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayY}}\×\frac{{\mathrm{\Δl}}_{\min y}}{2}+{2l}_y\\ L_{\mathrm{syn}\_Z}={\mathrm{APC}}_{\mathrm{TRArrayZ}}\×\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}}{2}+{2l}_z\end{array}\right.---\left(14\right)$

其中，L_{syn_Y}和L_{syn_Z}分别表示MIMO成像系统平面阵列沿Y轴和Z轴方向的实际物理尺寸，Δl_miny表示Y轴方向阵元天线中心最小间距，Δl_minz表示Z轴方向阵元天线中心最小间距，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸；

步骤S5：MIMO成像系统的阵元天线几何中心位置计算，根据MIMO成像系统收发总阵元数、天线等效相位中心数和MIMO成像系统平面阵列尺寸计算MIMO成像系统的阵元天线几何中心位置的分布；

步骤S51：以MIMO成像系统平面阵列几何中心为原点O(0,0)，计算MIMO成像系统平面阵列发射阵元天线几何中心位置的分布，

步骤S511：设置临时计数变量，初始时，n＝1，m＝1；

步骤S512：计算第k_n,m＝[N_TransArrayY×(m-1)+n]个发射阵元天线几何中心位置

步骤S513：使计数变量n加1，若n≤N_TransArrayY，执行步骤S512；若n＞N_TransArrayY，继续执行步骤S514；

步骤S514：使计数变量m加1，若m≤N_TransArrayZ，使n＝1，继续执行步骤S512；若m＞N_TransArrayZ，继续执行步骤S52；

其中，L_{syn_Y}和L_{syn_Z}分别表示MIMO成像系统平面阵列沿Y轴和Z轴方向的实际物理尺寸，N_TransArrayY和N_ReceiArrayY分别表示MIMO成像系统的合成阵列单列天线沿Y轴方向的发射天线和接收天线，N_TransArrayZ和N_ReceiArrayZ分别表示MIMO成像系统的合成阵列单列天线沿Z轴方向的发射天线和接收天线数目，N_minyT和N_minzT分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的发射阵元数，M_minyR和M_minzR分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的接收阵元数，且M_minyR和M_minzR均大于3，Δl_miny表示Y轴方向阵元天线中心最小间距，Δl_minz表示Z轴方向阵元天线中心最小间距，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸，表示下取整函数，m和n为临时变量；

步骤S52：以MIMO成像系统平面阵列几何中心为原点O(0,0)，计算MIMO成像系统平面阵列接收阵元天线几何中心位置分布，

步骤S521：设置临时计数变量，初始时，p＝1，q＝1；

步骤S522：计算第kk_p,q＝[N_ReceiArrayY×(q-1)+p]个发射阵元天线几何中心位置

${{\mathrm{PR}}_{\mathrm{kk}}}_{p,q}(y,z)~\left\{\begin{array}{c}y=-\frac{L_{\mathrm{syn}\_Y}-l_y}{2}+(p-1)\left(\frac{N_{\min \mathrm{yT}}}{2}\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}\right)\\ z=-\frac{L_{\mathrm{syn}\_Z}-l_z}{2}+(q-1)\left(\frac{N_{\min \mathrm{zT}}}{2}\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}\right)\end{array}\right.---\left(16\right)$

步骤S523：使计数变量p加1，若计数变量p≤N_ReceiArrayY，执行步骤S522；若p＞N_ReceiArrayY，继续执行步骤S524；

步骤S524：使计数变量q加1，若q≤N_ReceiArrayZ，使p＝1，继续执行步骤S522；若q＞N_ReceiArrayZ，继续执行步骤S53；

其中，L_{syn_Y}和L_{syn_Z}分别表示MIMO成像系统平面阵列沿Y轴和Z轴方向的实际物理尺寸，N_TransArrayY和N_ReceiArrayY分别表示MIMO成像系统的合成阵列单列天线沿Y轴方向的发射天线和接收天线，N_TransArrayZ和N_ReceiArrayZ分别表示MIMO成像系统的合成阵列单列天线沿Z轴方向的发射天线和接收天线数目，N_minyT和N_minzT分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的发射阵元数，M_minyR和M_minzR分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的接收阵元数，且M_minyR和M_minzR均大于3，Δl_miny表示Y轴方向阵元天线中心最小间距，Δl_minz表示Z轴方向阵元天线中心最小间距，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸，表示下取整函数，m和n为临时变量；

步骤S53：分别记录发射和接收阵元天线几何中心位置和其中，k_m,n＝1,2,…,(N_TransArrayYN_TransArrayZ)为发射阵元天线几何中心标识，kk_p,q＝1,2,…,(N_ReceiArrayYN_ReceiArrayZ)为接收阵元天线几何中心标识；

步骤S6：MIMO成像系统阵列天线布局，即，根据所述成像系统的发射和接收阵元天线几何中心位置的分布进行布局，具体包括：

步骤S61：根据系统工作波长确定MIMO成像系统的平面阵列天线安装基准面平面度(也可以称为平坦度)或安装基准面位置测量精度要求，

$\left|\mathrm{\Δx}\right|\≤\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{32}---\left(17\right)$

其中，Δx表示MIMO成像系统的平面阵列天线安装基准面平面度或安装基准面位置测量精度要求，λ_c为平面阵列MIMO成像系统的工作波长；

步骤S62：确定天线布局标识点，根据记录的发射和接收阵元天线几何中心位置和在平面阵列天线安装基准面上进行天线布局中心标记；其中，k_m,n＝1,2,…,(N_TransArrayYN_TransArrayZ)为发射阵元天线几何中心标识，kk_p,q＝1,2,…,(N_ReceiArrayYN_ReceiArrayZ)为接收阵元天线几何中心标识；

步骤S63：阵元天线布局，在保证发射天线阵元和接收天线阵元几何中心和与天线布局中心标记重合的前提下进行收发天线布局，优选地首先进行发射天线布局，而后进行接收天线布局，布局方式可以采用一体化机械加工，也可以采用逐个天线阵元安装的方式进行阵元天线布局，如图5所示为根据本发明的布局方法所进行的阵元天线布局的示意图，图5可以理解为一个天线的伺服机构；

步骤S64：收发天线局部位置调整，若天线在实际安装过程中存在发射阵元天线和接收阵元天线物理位置相互干涉，则减小物理位置存在干涉的发射天线和接收天线的实际尺寸或增大天线波束宽度或调整与发射天线相邻的接收天线位置关系(该两种方法所能实现的效果相同，即使发射阵元天线和接收阵元天线物理位置不会发生相互干涉的情况)，直到阵元几何中心与天线布局中心标记重合；

如图6所示为根据本发明的布局方法所进行的两种收发天线局部位置调整方法的示意图，其中，左则以Y和Z为坐标轴的部分中，发射天线(图6中以实线表示)和接收天线(图6中以虚线表示)存在部分重叠，

方法一、如图中(a)部分所示的收发天线局部位置经过减小物理位置存在干涉的发射天线和接收天线的实际尺寸或增大天线波束宽度的调整方法调整之后的示意图，(a)部分的图中可看到存在重叠的收发天线的尺寸相对其它没有重叠情况的接收天线的尺寸较小，通过该方法能够解除物理位置干涉，使阵元几何中心与天线布局中心标记重合；

方法二、如图中(b)部分所示的收发天线局部位置经过调整与发射天线相邻(即重叠)的接收天线位置关系的调整方法调整之后的示意图，所述调整与发射天线相邻的接收天线位置关系，主要从Y轴的正负向以及Z轴的正负向进行调整，具体步骤为：

步骤S641：若实际天线安装过程中存在发射阵元天线和接收阵元天线物理位置相互干涉，且发射天线与接收天线位置布局中心Y轴负向和Z轴正向相邻，则

${{\mathrm{PR}}_{\mathrm{kk}}}_{p,q}(y,z)~\left\{\begin{array}{c}y=y-\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}}{2}\\ z=z+\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}}{2}\end{array}\right.---\left(18\right)$

若实际天线安装过程中存在发射阵元天线和接收阵元天线物理位置相互干涉，且发射天线与接收天线位置布局中心Y轴负向和Z轴负向相邻，则

${{\mathrm{PR}}_{\mathrm{kk}}}_{p,q}(y,z)~\left\{\begin{array}{c}y=y-\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}}{2}\\ z=z-\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}}{2}\end{array}\right.---\left(19\right)$

若实际天线安装过程中存在发射阵元天线和接收阵元天线物理位置相互干涉，且发射天线与接收天线位置布局中心Y轴正向和Z轴负向相邻，则

${{\mathrm{PR}}_{\mathrm{kk}}}_{p,q}(y,z)~\left\{\begin{array}{c}y=y+\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}}{2}\\ z=z-\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}}{2}\end{array}\right.---\left(20\right)$

若实际天线安装过程中存在发射阵元天线和接收阵元天线物理位置相互干涉，且发射天线与接收天线位置布局中心Y轴正向和Z轴正向相邻，则

${{\mathrm{PR}}_{\mathrm{kk}}}_{p,q}(y,z)~\left\{\begin{array}{c}y=y+\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min y}}{2}\\ z=z+\frac{\mathrm{\Δ}{l}_{\min z}}{2}\end{array}\right.---\left(21\right)$

步骤S642：若发射天线与接收天线位置布局中心不相邻，则不调整位置关系。

由于该方法以获取更多的天线等效相位中心为目标，适用于工作频率为1GHz～300GHz的范围内的天线布局。

文中术语“等效满阵天线”可以理解为在天线阵元数量减少的情况下，依然能达到与数量较多时的天线阵元成像的质量相同的效果。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种近距离平面阵列多输入多输出成像天线的布局方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：根据平面阵列多输入多输出成像系统的二维平面分辨率、阵列天线目标近距和系统工作频率确定所述成像系统的最短有效合成阵列大小和平面阵列阵元天线尺寸；

步骤S2：根据所述成像系统的平面阵列阵元天线尺寸确定同类收发天线中心最小间距；

步骤S30：根据Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小和Y轴与Z轴阵元天线中心最小间距计算最小合成阵列沿Y轴与Z轴的收发阵元数；

步骤S33：根据所述最小合成阵列沿Y轴与Z轴方向收发阵元数通过式(2)计算最小合成阵列收发阵元总数；

N_minTR＝N_minyTN_minzT+M_minyRM_minzR(2)

其中，N_minTR表示最小合成阵列收发阵元总数，N_minyT和N_minzT分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的发射阵元数，M_minyR和M_minzR分别表示最小合成阵列沿Y轴和Z轴方向的接收阵元数；

步骤S34：根据所述Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小和Y轴与Z轴阵元天线中心最小间距通过式(3)修正所述成像系统的最小合成阵列尺寸；

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\min syn\_Ycor}=N_{\min yT}\×M_{\min yR}\×\frac{{\mathrm{\Δl}}_{\min y}}{2}+l_y\\ L_{\min syn\_Zcor}=N_{\min zT}\×M_{\min zR}\×\frac{{\mathrm{\Δl}}_{\min z}}{2}+l_z\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，L_{minsyn_Ycor}和L_{minsyn_Zcor}分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上经修正的所述成像系统的最小合成阵列尺寸，Δl_miny和Δl_minz分别表示Y轴方向和Z轴方向阵元天线中心最小间距，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸；

步骤S41：根据阵列观测范围和最小合成阵列尺寸通过下述公式确定沿Y轴与Z轴方向上的最小合成阵列数，

其中，N_ArrayY和N_ArrayZ分别表示沿Y轴与Z轴方向上的等效最小合成阵列数，S_Y0和S_Z0分别表示沿Y轴和Z轴方向的目标观测范围；

步骤S42：根据最小合成阵列数通过式(9)和式(10)分别对应计算所述成像系统收发总阵元数和天线等效相位中心数，

$\left\{\begin{array}{c}{N}_{TransArrayY}=N_{\min yT}\×(N_{ArrayY}+1)/2\\ N_{\mathrm{Re}ceiArrayY}=M_{\min yR}\×(N_{ArrayY}+1)/2\\ N_{TransArrayZ}=N_{\min zT}\×(N_{ArrayZ}+1)/2\\ N_{\mathrm{Re}ceiArrayZ}=M_{\min zR}\×(N_{ArrayZ}+1)/2\\ N_{TRArrayYZ}=N_{TransArrayY}{N}_{TransArrayZ}+N_{\mathrm{Re}ceiArrayY}{N}_{\mathrm{Re}ceiArrayZ}\end{array}\right.---\left(9\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{APC}}_{TRArrayY}=\left(N_{\min yT}{M}_{\min yR}\right)\×N_{ArrayY}\\ {\mathrm{APC}}_{TRArrayZ}=\left(N_{\min zT}{M}_{\min zR}\right)\×N_{ArrayZ}\\ {\mathrm{APC}}_{TRArrayYZ}={\mathrm{APC}}_{TRArrayY}\×{\mathrm{APC}}_{TRArrayZ}\end{array}\right.---\left(10\right)$

其中，N_TransArrayY和N_ReceiArrayY分别表示所述成像系统的合成阵列单列天线沿Y轴方向的发射天线和接收天线，N_TransArrayZ和N_ReceiArrayZ分别表示所述成像系统的合成阵列单列天线沿Z轴方向的发射天线和接收天线数目，N_TRArrayYZ表示所述成像系统收发总阵元数，

APC_TRArrayY和APC_TRArrayZ分别表示所述成像系统的合成阵列单列天线沿Y轴和Z轴方向的天线等效相位中心数，APC_TRArrayYZ表示所述成像系统的合成阵列总的天线等效相位中心数；

步骤S43：根据Y轴和Z轴阵元天线中心最小间距和沿Y轴和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸通过式(11)计算所述成像系统平面阵列尺寸，

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{syn\_Y}={\mathrm{APC}}_{TRArrayY}\×\frac{{\mathrm{\Δl}}_{\min y}}{2}+2l_y\\ L_{syn\_Z}={\mathrm{APC}}_{TRArrayZ}\×\frac{{\mathrm{\Δl}}_{\min z}}{2}+2l_z\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中，L_{syn_Y}和L_{syn_Z}分别表示所述成像系统平面阵列沿Y轴和Z轴方向的实际物理尺寸；

步骤S5：根据所述成像系统收发总阵元数、所述天线等效相位中心数和所述成像系统平面阵列尺寸计算所述成像系统的发射和接收阵元天线几何中心位置的分布；

步骤S6：根据所述成像系统的发射和接收阵元天线几何中心位置的分布进行布局。

2.根据权利要求1所述的布局方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：

步骤S11：根据所述成像系统的二维平面分辨率计算平面阵列阵元波束宽度；

步骤S12：根据所述平面阵列阵元波束宽度，以及所述阵列天线目标近距，计算所述最短有效合成阵列大小；

步骤S13：根据所述平面阵列阵元波束宽度，以及由所述系统工作频率所确定的系统工作波长计算平面阵列阵元尺寸。

3.根据权利要求1所述的布局方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

步骤21：通过式(1)，根据所述成像系统在Y轴和Z轴方向上的天线阵元口面距离和平面阵列阵元天线尺寸确定同类收发天线中心最小间距，所述同类收发天线中心最小间距包括俯仰向阵元天线中心最小间距Δl_minz和方位向阵元天线中心最小间距Δl_miny；

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δl}}_{\min y}=l_y+{\mathrm{\ξ}}_y\\ {\mathrm{\Δl}}_{\min z}=l_z+{\mathrm{\ξ}}_z\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，l_y和l_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的平面阵列阵元天线尺寸，ξ_y和ξ_z分别表示沿Y轴方向和Z轴方向上的天线阵元口面距离，其中，ξ_y∈(0,l_y/2)，且ξ_z∈(0,l_z/2)；或者，ξ_y＝ξ_z∈(0,min[l_y,l_z])。

4.根据权利要求1所述的布局方法，其特征在于，步骤S30进一步包括：步骤S301：根据式(4)计算最小合成阵列沿Y轴方向发射阵元数N_minyT，根据式(5)计算最小合成阵列沿Z轴方向发射阵元数N_minzT，

其中，L_{minsyn_Y}和L_{minsyn_Z}表示沿Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小；

步骤S302：根据式(6)计算最小合成阵列沿Y轴方向接收阵元数M_minyR，根据式(7)计算最小合成阵列沿沿Z轴方向接收阵元数M_minzR，

其中，L_{minsyn_Y}和L_{minsyn_Z}表示沿Y轴与Z轴方向上的最短有效合成阵列大小。

5.根据权利要求1所述的布局方法，其特征在于，步骤S5进一步包括：

步骤S51：以所述成像系统平面阵列几何中心为原点，计算所述成像系统平面阵列发射阵元天线几何中心位置的分布；

步骤S52：以所述成像系统平面阵列几何中心为原点，计算所述成像系统平面阵列接收阵元天线几何中心位置的分布；

步骤S53：分别记录发射和接收阵元天线几何中心位置。

6.根据权利要求5所述的布局方法，其特征在于，步骤S51进一步包括：步骤S512：通过式(12)计算第k_n,m＝[N_TransArrayY×(m-1)+n]个发射阵元天线几何中心位置

步骤S513：使计数变量n加1，若n≤N_TransArrayY，执行步骤S512；若n＞N_TransArrayY，继续执行步骤S514；

步骤S514：使计数变量m加1，若m≤N_TransArrayZ，使n＝1，继续执行步骤S512；若m＞N_TransArrayZ，继续执行步骤S52；

其中，m和n为临时计数变量，k_m,n＝1,2,…,(N_TransArrayYN_TransArrayZ)为发射阵元天线几何中心标识。

7.根据权利要求6所述的布局方法，其特征在于，步骤S52进一步包括：步骤S521：设置临时计数变量，p＝1，q＝1；

步骤S522：通过式(13)计算第kk_p,q＝[N_ReceiArrayY×(q-1)+p]个发射阵元天线几何中心位置

${\mathrm{PR}}_{{\mathrm{kk}}_{p,q}}(y,z)~\left\{\begin{array}{c}y=-\frac{L_{syn\_Y}-l_y}{2}+(p-1)\left(\frac{N_{\min yT}}{2}{\mathrm{\Δl}}_{\min y}\right)\\ z=-\frac{L_{syn\_Z}-l_z}{2}+(q-1)\left(\frac{N_{\min zT}}{2}{\mathrm{\Δl}}_{\min z}\right)\end{array}\right.---\left(13\right)$

步骤S523：使计数变量p加1，若计数变量p≤N_ReceiArrayY，执行步骤S522；若p＞N_ReceiArrayY，继续执行步骤S524；

步骤S524：使计数变量q加1，若q≤N_ReceiArrayZ，使p＝1，继续执行步骤S522；若q＞N_ReceiArrayZ，继续执行步骤S53；

其中，m和n为临时变量，kk_p,q＝1,2,…,(N_ReceiArrayYN_ReceiArrayZ)为接收阵元天线几何中心标识；

步骤S53具体为：分别记录发射和接收阵元天线几何中心位置和

8.根据权利要求1所述的布局方法，其特征在于，步骤S6进一步包括：

步骤S61：根据所述系统工作波长确定所述成像系统的平面阵列天线安装基准面平面度或安装基准面位置测量精度要求；

步骤S62：根据记录的发射和接收阵元天线几何中心位置在平面阵列天线安装基准面上进行天线布局中心标记；

步骤S63：阵元天线布局，具体为在保证收发天线阵元几何中心与收发天线布局中心标记重合的前提下，进行收发天线布局；

步骤S64：在天线安装过程中存在发射阵元天线和接收阵元天线物理位置相互干涉的情况下：

如果发射天线与接收天线位置布局中心Y轴和Z轴相邻，则减小物理位置存在干涉的发射天线和接收天线的实际尺寸或增大天线波束宽度或调整与发射天线相邻的接收天线位置关系，直到阵元几何中心与天线布局中心标记重合；

如果发射天线与接收天线位置布局中心不相邻，则不调整位置关系。