CN104849696A - 一种mimo雷达天线阵稀疏布阵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MIMO雷达天线阵稀疏布阵方法，以几乎差集和差基为基础，通过枚举移位的过程来快速构建MIMO雷达发射/接收阵。当所有发射阵元同时发射正交信号，而接收阵元同时接收回波信号时，利用相位中心近似原理可等效构建具有均匀间距的虚拟阵列；给定发射/接收阵元数目，按照本发明的方法可实现等效虚拟阵列的连续孔径最大化，从而显著提高MIMO雷达系统的空间分辨率；给定虚拟阵列连续孔径，按照本发明的方法可实现发射/接收阵元数目最小化，从而显著减小系统硬件成本。本发明的方法计算量小，且对MIMO雷达稀疏直线阵和平面阵的构建情形均适用。

Description

一种MIMO雷达天线阵稀疏布阵方法

技术领域

本发明属于雷达阵列天线技术领域，涉及一种MIMO雷达天线阵稀疏布阵方法。

背景技术

作为一种新型雷达体制，MIMO(多输入多输出)雷达近年来受到了广泛的关注。MIMO雷达在发射端和接收端同时使用多个天线单元，发射端发射各自正交的波形，在每个接收单元用一系列匹配滤波器提取这些波形信号，从而等效合成一个大口径的虚拟接收阵。与传统体制雷达相比，MIMO雷达能够极大地提高系统空间分辨率。

MIMO雷达天线阵各阵元实现对空间电磁波的采样，如何合理放置发射/接收阵元，以获得具有最佳空间采样性能的虚拟阵，是实现系统高分辨率性能的关键。通常情况下，发射/接收端均采用均匀阵，则合成的虚拟阵虽为均匀阵，但存在大量的冗余间隔。Chen等人(参考文献：C.Chun-Yang and P.P.Vaidyanathan,"Minimum redundancy MIMO radars",in IEEEInternational Symposium onCircuits and Systems,2008,pp.45-48)提出了最小冗余MIMO(MR-MIMO)阵列设计问题，通过构建稀疏发射/接收阵以减小虚拟阵中的冗余间隔，在实现相同虚拟阵列孔径的前提下可大大减小阵元数目，从而降低系统硬件成本。医学超声波成像领域中，Karaman等人(参考文献：M.Karaman,I.O.Wygant,O.Oralkan,and B.T.Khuri-Yakub,"Minimally Redundant 2-D Array Designs for 3-D Medical UltrasoundImaging,"IEEE Transactions on Medical Imaging,vol.28,pp.1051-1061,2009)从Coarray的角度也考虑了类似的问题，构造了几种冗余度较小的发射/接收阵。MR-MIMO阵列设计问题规模很小(即发射/接收阵元数目很小)时，可通过穷举搜索的方法进行求解。然而随着阵元数目增大，该问题的解空间规模呈指数级急剧膨胀，要想在较短时间内找到最佳的MR-MIMO阵列配置，穷举搜索的方法已不可行。目前文献尚缺乏求解该问题的有效算法。

发明内容

本发明提出一种基于几乎差集(Almost Difference Sets，ADS)和差基(Difference Bases，DB)的MIMO雷达天线阵稀疏布阵方法，实现了MIMO雷达最小冗余虚拟阵。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1：MIMO雷达

MIMO雷达的全称为“多输入多输出雷达”(multiple-input multipleoutput radar)，广义上的MIMO雷达被定义为发射端和接收端有多个天线，且发射端发射多个不相关或部分相关信号波形的雷达。详见文献D.W.Bliss and K.W.Forsythe,“Multiple-input multiple-output(MIMO)radar and imaging:degrees of freedom and resolution,”in Signals,Systems and Computers,2003.Conference Record of the Thirty-Seventh Asilomar Conference on,2003,pp.54-59vol.1.

定义2、发射天线阵元和接收天线阵元

发射天线阵元是指安装在阵列天线上，用于发射信号波形的天线阵元，简称发射阵元，用T表示；接收天线阵元是指安装在阵列天线上，用于接收回波信号的天线阵元，简称接收阵元，用R表示。M单元发射天线阵阵元位置集合，用{u_T,m}表示；N单元接收天线阵阵元位置集合，用{u_R,n}表示。

定义3、阵元间距

阵元间距是指两个阵元间的距离，为避免阵列方向图栅瓣影响，阵元间距最小值通常选取为小于或等于半个波长。

定义4、Coarray

Coarray是指所有阵元间距的集合。详见参考文献M.Karaman,I.O.Wygant,O.Oralkan,and B.T.Khuri-Yakub,"Minimally Redundant 2-D Array Designs for 3-D Medical UltrasoundImaging,"Medical Imaging,IEEE Transactions on,vol.28,pp.1051-1061,2009.

定义5、阵列孔径

阵列孔径即整个阵列的长度，即首尾阵元的间距。

定义6、阵列连续孔径

阵列的连续孔径是指阵元间距集合(Coarray)中连续间距的最大值。

定义7、阵列冗余度

阵列的冗余度是指所有可能的天线对数目与阵列连续孔径的比值。冗余度等于1时，阵列中无冗余阵元间距。冗余度大于1时，阵列中存在冗余阵元间距。

定义8、正交波形

若两个波形满足：其中(·)^*表示共轭算子，则认为两个波形为正交波形。

定义9、相位中心近似(PCA)原理

相位中心近似原理认为：在远场条件下(即L_TR ²/4r＝λ，其中L_TR为接收阵元和发射阵元之间的间距，r为发射阵元和接收阵元的中间位置到散射点的距离，λ为信号波长)，一对发射和接收分置的天线阵元，可由位于它们中心位置的一个收发共用的等效相位中心来代替。详细内容可参考Bellettini A,Pinto M A,“Theoretical Accuracy of Synthetic SonarMicronavigation Using a Displaced Phase Center Antenna”,IEEE Journal of Oceanic Engineering,2002,27(4):780-789.

定义10、虚拟阵元、虚拟线阵和虚拟平面阵列

根据相位中心近似原理，在远场条件下，一对发射和接收分置的天线阵元可由位于它们中心位置的一个收发共用的等效相位中心来代替，这个收发共用的等效相位中心即为虚拟阵元；所有虚拟阵元按照一定的位置关系排列在一条直线阵上即为虚拟线阵；所有的虚拟线阵按照一定位置关系排列成一个矩形即为虚拟平面阵。详细内容可参考IlyaBekkerman andJoseph Tabrikian.“Target Detection and Localization Using MIMO Radars and Sonars”,IEEETransactions on signal processing,2006,54(10):3873-3883。

定义11、势(基数)

集合A中元素的个数，即势(基数)，用符号|Α|表示。

定义12、最小冗余MIMO(MR-MIMO)雷达布阵问题

一个M单元发射线阵和一个N单元接收线阵，{u_T,m}、{u_R,n}分别表示发射、接收天线阵阵元位置集合(以半波长归一化)，其中，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N。MIMO雷达可以合成一个M×N阵元的等效虚拟接收阵，其阵元位置为{u_k}＝{u_T,m+u_R,n|m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N}，其中，k＝1,2,…,MN。相应地，该虚拟阵阵元间距的集合{u_k-u_k'}(即coarray)为{u_T,m+u_R,n-u_T,m'-u_R,n'|m,m'＝1,2,…,M；n,n'＝1,2,…,N}，通常该集合中存在冗余间距。

最小冗余MIMO(MR-MIMO)雷达天线阵的优化目标是实现最小冗余虚拟阵，即最小化虚拟阵的冗余间距数目。Chen(详见参考文献C.Chun-Yang and P.P.Vaidyanathan,"Minimumredundancy MIMO radars,"in IEEE International Symposium onCircuits and Systems,2008,pp.45-48)将发射/接收天线阵设计描述为如下优化问题：给定虚拟阵连续孔径L，最小化发射/接收阵元总数。即

$\begin{array}{c}\underset{\left\{u_{T,m}\right\},\left\{u_{R,n}\right\}}{\min }N+M\\ s.t.\left|\right\{u_{T,m}\left\}\right|=M,\left|\right\{u_{R,n}\left\}\right|=N,\\ \{u_{T,m}+u_{R,n}-u_{T,m^{\′}}-u_{R,n^{\′}}\}\⊃\{-L,...,-\mathrm{1,0,1},...,L\}\end{array}$

该问题等价为：给定发射/接收阵元总数，最大化虚拟阵的连续孔径。即

$\begin{array}{c}\underset{\left\{u_{T,m}\right\},\left\{u_{R,n}\right\}}{\min }L\\ s.t.\left|\right\{u_{T,m}\left\}\right|=M,\left|\right\{u_{R,n}\left\}\right|=N,\\ \{u_{T,m}+u_{R,n}-u_{T,m^{\′}}-u_{R,n^{\′}}\}\⊃\{-L,...,-\mathrm{1,0,1},...,L\}\end{array}$

式中，L为MIMO虚拟阵的连续孔径。所有从1到L的间距要求完整包含是为了获得良好的点扩展函数(PSF)特性以利于系统成像(详见参考文献K.W.Forsythe,D.W.Bliss,and G.S.Fawcett,"Multiple-input multiple-output(MIMO)radar:performance issues,"Thirty-EighthAsilomarConference on Signals,Systems and Computers,2004,pp.310-315vol.1)或为了完备估计协方差矩阵以利于波达方向(DOA)估计或自适应波束形成(详见参考文献S.U.Pillai,Y.Bar-Ness,and F.Haber,"A new approach to array geometry for improved spatial spectrumestimation,"Proceedings of the IEEE,1985,73:1522-1524)。

定义13、取模操作

“模”是“mod”的音译，对于两个正整数，a mod b的结果即为a除以b所得的余数。

定义14、几乎差集(Almost difference set，简称ADS)

设D是一个V阶阿贝尔群G的一个K元子集，D中任意两个不等元素之差组成集合M，若G中t个非零元在M中每个出现Λ次，而其余的V-t-1个非零元每个出现Λ+1次，则称D为(V,K,Λ,t)-ADS。ADS的各参数之间满足如下关系：K(K-1)＝tΛ+(V-1-t)(Λ+1)，其中，K≥Λ+1,0≤K≤V,0≤t≤V-1。可见，ADS的四个参数中仅有三个是独立的。详见参考文献OliveriG,Donelli M,and Massa A.Linear array thinning exploiting almost difference sets[J].IEEE Transactions onAntennas and Propagation,2009,57(12):3800-3812.

定义14、几乎差集(Almost difference set，简称ADS)

设D是一个V阶阿贝尔群G的一个K元子集，D中任意两个不等元素之差组成集合M，若G中t个非零元在M中每个出现Λ次，而其余的V-t-1个非零元每个出现Λ+1次，则称D为(V,K,Λ,t)-ADS。ADS的各参数之间满足如下关系：K(K-1)＝tΛ+(V-1-t)(Λ+1)，其中，K≥Λ+1,0≤K≤V,0≤t≤V-1。可见，ADS的四个参数中仅有三个是独立的。详见参考文献Oliveri G,Donelli M,and Massa A.Linear array thinning exploiting almost differencesets[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2009,57(12):3800-3812.

定义15、循环移位特性

如果集合D是一个几乎差集(V,K,Λ,t)-ADS，那么集合仍然是一个几乎差集，因此从(V,K,Λ,t)-ADS开始，可以通过循环移位来构造V个不同的几乎差集。详见参考文献OliveriG,Donelli M,and Massa A.Linear array thinning exploiting almost difference sets[J].IEEETransactions on Antennas and Propagation,2009,57(12):3800-3812.

几乎差集具有循环移位特性：由某一初始出发，对该集合中每个元素进行移位操作(位移量为σ)且以V为模所得的集合D^(σ)，仍然是一个(V,K,Λ,t)-ADS。数学表述为：其中，mod_V(d_k+σ)表示元素d_k位移σ后对V取模操作。详见参考文献Oliveri G,Donelli M,andMassa A.Linear array thinning exploiting almost difference sets[J].IEEE Transactions onAntennas and Propagation,2009,57(12):3800-3812.

定义16、差基(Difference basis)

给定正整数P，存在N个整数组成的集合{b_i}，由0＝b₁<b₂<…<b_N＝P式表示，使得任意整数s(0≤s≤P)均可表示为该集合中两元素的差b_j-b_i，则{b_i}称为区间[0,P]上的差基，记为B(P,N)。

定义17、不超过V的整数

用符号表示不超过V的整数，即小于或等于V的整数。

本发明的技术方案如下：

一种MIMO雷达天线阵稀疏布阵方法，包括以下几个步骤：

步骤1：雷达天线阵列参数初始化；

给定MIMO雷达发射阵阵元数目为M，接收阵阵元数为N；

从几乎差集ADS库中选择参数为(V,M,Λ,t)的几乎差集为初始几乎差集

从ADS库中选取几乎差集时，首先确定几乎差集中M的取值为发射阵元数目，在确定M后，优先选取Λ取值最小，V取值最大的几乎差集；

从差基文献中选取区间[0,P]上N元差基

步骤2：利用步骤1设置的初始化参数构造初始MR-MIMO虚拟阵列；

令初始发射阵阵元位置为： $\left\{u_{T,m}\right\}=\left\{d_m^{\left(0\right)}\right\},m=\mathrm{1,2},...,M;$

令接收阵阵元位置：{u_R,n}＝{b_n·V}，n＝1,2,…,N；

根据MIMO雷达工作原理，合成的具有MN单元的初始MR-MIMO虚拟阵列的阵元位置为： ${\mathrm{VA}}^{\left(0\right)}=\{u_{T,m}+u_{R,n}\}=\{d_m^{\left(0\right)}+b_n\&CenterDot;V\};$

令初始循环移位σ＝0，获得MR-MIMO虚拟阵列的连续孔径值L₀，令最大连续孔径值L_max＝L₀；

令σ＝1；

步骤3：更新虚拟阵列的阵元位置，获取最佳MR-MIMO虚拟阵列；

枚举初始几乎差集的第σ次移位版本，得到新的几乎差集：

(·)|_mod V为取模操作；

基于新的几乎差集，更新MR-MIMO虚拟阵列，根据MIMO雷达工作原理，计算获得更新后的MR-MIMO虚拟阵列的连续孔径L_σ，并将它与当前最大连续孔径值L_max进行比较：

如果L_max<L_σ，则更新最佳循环移位σ^opt＝σ，最佳几乎差集D^opt＝D^(σ)，最大连续孔径L_max＝L_σ；

如果L_max≥L_σ，则L_max保持不变；

以最佳几乎差集和最大连续孔径更新虚拟阵列的阵元位置，获得当前最佳MR-MIMO虚拟阵列；

步骤4：判断是否到达更新终止条件；

如σ＝V-1，则返回最佳几乎差集D^opt和最大连续孔径值L_max，终止迭代；否则，进入步骤5；

步骤5：更新循环移位σ：σ←(σ+1)|_mod V，转到步骤3。

当雷达天线阵列为二维平面阵时，设定发射平面阵阵元数目为M_x×M_y，接收平面阵阵元数目为N_x×N_y：

(i)发射阵阵元位置点集为：{u_T,mx,my}＝{(d_mx,d'_my)}，式中，{d_mx}为按权利要求1所述方法获得的最佳几乎差集确定；{d'_my}为按权利要求1所述方法获得的最佳几乎差集确定；

(ii)接收阵阵元位置点集为：{u_R,nx,ny}＝{(b_nx·V_x,b'_ny·V_y)}，式中，{b_nx}为区间[0,P_x]上的差基，{b'_ny}为区间[0,P_y]上的差基，nx＝1,2,…,N_x；ny＝1,2,…,N_y；

合成的M_xM_yN_xN_y单元虚拟平面阵的阵元位置点集为：

{u_T,mx,my+u_R,nx,ny}＝{(d_mx+b_nx·V_x,d'_my+b'_ny·V_y)}

覆盖的最大连续孔径区域为其中，分别为虚拟平面阵在x、y轴上最大连续孔径值。

有益效果

本发明提供了一种MIMO雷达天线阵稀疏布阵方法，以几乎差集和差基为基础，通过枚举移位的过程来快速构建MIMO雷达发射/接收阵。当所有发射阵元同时发射正交信号，而接收阵元同时接收回波信号时，利用相位中心近似原理可等效构建具有均匀间距的虚拟阵列；给定发射/接收阵元数目，按照本发明的方法可实现等效虚拟阵列的连续孔径最大化，从而显著提高MIMO雷达系统的空间分辨率；给定虚拟阵列连续孔径，按照本发明的方法可实现发射/接收阵元数目最小化，从而显著减小系统硬件成本。本发明的方法计算量小，且对MIMO雷达稀疏直线阵和平面阵的构建情形均适用。即使同样处理稀疏平面阵的布阵，如果给定虚拟阵列连续孔径，本发明所述方法相较于现有技术中的方法所需阵元数目小，硬件成本小；如果给定相同的发射和接收阵元数目，本发明所述方法相较于现有方法形成的MIMO雷达虚拟阵列口径大。即在实现相同空间分辨率(合成相同的虚拟阵列孔径)时，稀疏程度更大。

附图说明

图1为发射线阵单元数M＝7，接收线阵单元数N＝7，初始MR-MIMO阵列发射/接收阵元位置示意图，其中，(a)为发射阵元位置，(b)为接收阵元位置；

图2为发射线阵单元数M＝7，接收线阵单元数N＝7，最佳MR-MIMO阵列发射/接收阵元位置示意图，其中，(a)为发射阵元位置，(b)为接收阵元位置；

图3为发射线阵单元数M＝7，接收线阵单元数N＝7，最佳MR-MIMO阵列的虚拟阵及其Coarray示意图，其中，(a)为虚拟阵，(b)为虚拟阵的Coarray；

图4为发射平面阵单元数M_x×M_y＝9时的阵元位置示意图；

图5为接收平面阵单元数N_x×N_y＝16时的阵元位置示意图；

图6为合成的144单元虚拟平面阵的阵元位置示意图；

图7为144单元虚拟平面阵对应的Coarray示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

步骤1、阵列参数和几乎差集的初始化

给定MIMO雷达发射线阵阵元数目为M＝7，接收线阵阵元数为N＝7；设置最小阵元间距Δu＝0.5λ，各阵元位置均以最小阵元间距作归一化。从ADS库中选取参数为(V,K,Λ,t)|_K＝M,Λ＝1的几乎差集(当K＝7，Λ＝1时，库中存在(29,7,1,14)-ADS)作为初始几乎差集，即m＝1,2,…,7；从差集文献中选取7元差基B＝{b_n}＝{0,1,2,6,10,14,17}，n＝1,2,…,7。

步骤2、构造初始MR-MIMO阵列配置

令初始发射阵阵元位置：令接收阵阵元位置：{u_R,n}＝{b_n·29}，如图1所示；根据MIMO雷达工作原理，合成的7×7＝49单元初始虚拟阵的阵元位置为：令循环移位索引σ＝0，求出MR-MIMO虚拟阵列的连续孔径值L₀＝502，令最大连续孔径值L_max＝L₀＝502；

步骤3、更新最佳MR-MIMO阵列

枚举初始ADS的σ次移位版本，其中(·)|_mod V为取模操作。显然，所有这些移位ADS均为初始ADS的等价集合。根据MIMO雷达工作原理，新生成的49单元虚拟阵的阵元位置为：求出新生成的MR-MIMO虚拟阵列连续孔径值L_σ，并将它与当前最大连续孔径值L_max进行比较，如果L_max<L_σ，则更新最佳移位值σ^opt＝σ，最佳ADS集合D^opt＝D^(σ)，最大连续孔径值L_max＝L_σ；如果L_max≥L_σ，则L_max保持不变；

步骤4、设置终止条件

如果σ＝V-1＝28，则返回最佳ADS集合D^opt、最大连续孔径值L_max，终止迭代；否则，继续；

步骤5、更新移位索引σ：σ←(σ+1)|_mod V，然后转到步骤(3)。

当发射天线阵元数为M＝7，接收天线阵元数为N＝7时，我们循环移位σ时，当σ＝13,15,16,…,21，L_max＝507，即得到的MR-MIMO虚拟阵列的最大连续孔径都达到最大值507。说明有多种不同的发射阵排列方式，可以达到同样最大的MR-MIMO虚拟阵列连续孔径。图2是采用本发明的稀疏布阵方法构造的最佳MR-MIMO阵列发射/接收阵元位置(σ＝14)，图3给出了图2中发射/接收阵合成的MR-MIMO虚拟阵列及其Coarray。从MR-MIMO虚拟阵列Coarray可以看出，该MR-MIMO虚拟阵列的连续孔径长达L＝507(考虑连续孔径即要求从1到L的所有间距完备是为了获得良好的点扩展函数(PSF)特性以利于系统成像或为了完备估计协方差矩阵以利于波达方向(DOA)估计或自适应波束形成)。如果采用均匀发射阵和均匀接收阵的排布方法，只能合成连续孔径为2×(7-1)＝12的虚拟阵列。这表明，本发明可实现等效虚拟阵列的连续孔径最大化，从而显著提高MIMO雷达系统的空间分辨率(相对于均匀发射/接收布阵的方法，分辨率提高约42倍)。

从另一个角度看，要合成一个连续孔径为507的虚拟阵列，若采用本发明的稀疏布阵方法，只需7个发射阵元和7个接收阵元，总共只需14个天线阵元；若采用均匀发射阵和均匀接收阵的排布方法，则总共需要507+2＝509个天线阵元。这表明，本发明可实现发射/接收阵元数目最小化，从而显著减小系统硬件成本(相对于均匀发射/接收布阵的方法，成本约降低至1/36)。

另外，从计算代价考虑，给定7个发射阵元和7个接收阵元来寻求最佳的MR-MIMO阵列配置(即虚拟阵列连续孔径L＝507)，由于解空间规模大约为采用穷举搜索方法求解计算代价非常大；而采用本发明的稀疏布阵方法，由于几乎差集ADS、差基均可从现有文献库中获得，求解规模最多不超过V·L≈14700次。可见，采用本发明的稀疏布阵方法可在较短时间内找到最佳的MR-MIMO阵列配置。

实施例2：

步骤1、阵列参数和几乎差集的初始化

给定MIMO雷达发射平面阵阵元数目为M_x＝M_y＝3，接收平面阵阵元数为N_x＝N_y＝4；设置最小阵元间距Δu_x＝Δu_y＝0.5λ，各阵元位置均以最小阵元间距作归一化。当M＝M_x＝M_y＝3，Λ_x＝Λ_y＝1时，库中存在(V_x,M_x,Λ_x,t_x)＝(V_y,M_y,Λ_y,t_y)＝(6,3,1,4)的ADS，将此ADS作为初始几乎差集，即mx＝my＝1,2,3；从差基文献中选取4元差基B＝{b_nx}＝{b'_ny}＝{0,1,4,6}，nx＝ny＝1,2,…,4。

步骤2、构造MIMO雷达发射平面阵列配置

令发射平面阵阵元位置点集为：{u_T,mx,my}＝{(d_mx,d'_my)}，式中{d_mx}、{d'_my}分别为按照权利要求1中步骤(见具体实施方式1)确定的最佳ADS集合mx＝my＝1,2,3；图4给出了3×3＝9单元发射平面阵的阵元位置示意图。

步骤3、构造MIMO雷达接收平面阵列配置

令接收平面阵阵元位置点集为：{u_R,nx,ny}＝{(b_nx·V_x,b'_ny·V_y)}，式中{b_nx}＝{b'_ny}＝{0,1,4,6}为区间[0,6]上的差基，nx＝ny＝1,2,…,4；图5给出了4×4＝16单元接收平面阵的阵元位置示意图。

根据虚拟阵的合成原理，合成的9×16＝144单元虚拟平面阵的阵元位置点集为{u_T,mx,my+u_R,nx,ny}＝{(d_mx+b_nx·V_x,d'_my+b'_ny·V_y)}，图6给出了144单元虚拟平面阵的阵元位置示意图。图7给出了该虚拟平面阵对应的Coarray示意图。从图7可以看出，本发明的稀疏布阵方法中，仅仅采用总数为9+16＝25个物理阵元，合成的虚拟平面阵可以完整的覆盖的最大连续孔径区域，其中，分别为虚拟平面阵在x、y轴上最大连续孔径值。如果覆盖同样大小的连续孔径区域，采用直接布设满阵的方法需要(39+1)×(39+1)＝1600个物理阵元。采用专利(“一种稀疏MIMO平面阵列雷达天线构建方法”，授权公告号CN102521472B)中的方法，覆盖类似大小的连续孔径区域需要36个发射单元和36个接收单元，总共合计72个物理阵元。可见，采用本发明的稀疏布阵方法可大幅降低MIMO平面阵列布阵的成本。

Claims (2)

1.一种MIMO雷达天线阵稀疏布阵方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1：雷达天线阵列参数初始化；

给定MIMO雷达发射阵阵元数目为M，接收阵阵元数为N；

从几乎差集ADS库中选择参数为(V,M,Λ,t)的几乎差集为初始几乎差集

从ADS库中选取几乎差集时，首先确定几乎差集中M的取值为发射阵元数目，在确定M后，优先选取Λ取值最小，V取值最大的几乎差集；

从差基文献中选取区间[0,P]上N元差基

步骤2：利用步骤1设置的初始化参数构造初始MR-MIMO虚拟阵列；

令初始发射阵阵元位置为：m＝1,2,…,M；

令接收阵阵元位置：{u_R,n}＝{b_n·V}，n＝1,2,…,N；

根据MIMO雷达工作原理，合成的具有MN单元的初始MR-MIMO虚拟阵列的阵元位置为： ${\mathrm{VA}}^{\left(0\right)}=\{u_{T,m}+u_{R,n}\}=\{d_m^{\left(0\right)}+b_n\&CenterDot;V\};$

令初始循环移位σ＝0，获得MR-MIMO虚拟阵列的连续孔径值L₀，令最大连续孔径值L_max＝L₀；

令σ＝1；

步骤3：更新虚拟阵列的阵元位置，获取最佳MR-MIMO虚拟阵列；

枚举初始几乎差集的第σ次移位版本，得到新的几乎差集：

为取模操作；

基于新的几乎差集，更新MR-MIMO虚拟阵列，根据MIMO雷达工作原理，计算获得更新后的MR-MIMO虚拟阵列的连续孔径L_σ，并将它与当前最大连续孔径值L_max进行比较：

如果L_max<L_σ，则更新最佳循环移位σ^opt＝σ，最佳几乎差集D^opt＝D^(σ)，最大连续孔径L_max＝L_σ；

如果L_max≥L_σ，则L_max保持不变；

以最佳几乎差集和最大连续孔径更新虚拟阵列的阵元位置，获得当前最佳MR-MIMO虚拟阵列；

步骤4：判断是否到达更新终止条件；

如σ＝V-1，则返回最佳几乎差集D^opt和最大连续孔径值L_max，终止迭代；否则，进入步骤5；

步骤5：更新循环移位σ：σ←(σ+1)|_mod V，转到步骤3。

2.根据权利要求1所述的一种MIMO雷达天线阵稀疏布阵方法，其特征在于，当雷达天线阵列为二维平面阵时，设定发射平面阵阵元数目为M_x×M_y，接收平面阵阵元数目为N_x×N_y：

(i)发射阵阵元位置点集为：{u_T,mx,my}＝{(d_mx,d′_my)}，式中，{d_mx}为按权利要求1所述方法获得的最佳几乎差集确定；{d′_my}为按权利要求1所述方法获得的最佳几乎差集确定；

(ii)接收阵阵元位置点集为：{u_R,nx,ny}＝{(b_nx·V_x,b′_ny·V_y)}，式中，{b_nx}为区间[0,P_x]上的差基，{b′_ny}为区间[0,P_y]上的差基，nx＝1,2,…,N_x；ny＝1,2,…,N_y；

合成的M_xM_yN_xN_y单元虚拟平面阵的阵元位置点集为：

{u_T,mx,my+u_R,nx,ny}＝{(d_mx+b_nx·V_x,d′_my+b′_ny·V_y)}

覆盖的最大连续孔径区域为其中，分别为虚拟平面阵在x、y轴上最大连续孔径值。