CN109659705A - Mimo雷达二维稀疏天线布阵方法、雷达天线、雷达和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法、雷达天线、雷达和存储介质，在一个给定尺寸的天线平面内，通过水平和垂直两个维度进行稀疏天线布阵，并根据用户对水平和垂直两个维度角度分辨率的要求，最终给出最优的天线布阵形式。本发明能够实现优化的二维稀疏天线布阵，相比于一维的天线布阵，能够兼顾水平和垂直两个维度的天线虚拟孔径，从而实现整个平面内天线布局最优。通过设定天线平面的尺寸和发射接收天线个数，能够有效降低天线布局的运算量，使得天线设计可以快速迭代，且在最优天线布阵搜索过程中，不包含迭代运算，因此可以通过分布式并行运算来缩短运算时间。

Description

MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法、雷达天线、雷达和存储介质

技术领域

本发明涉及车载硬件领域，特别是涉及一种MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法、雷达天线、雷达和存储介质。

背景技术

MIMO雷达是近年来新兴的一种雷达技术，受到了十分广泛的关注。MIMO雷达在发射端和接收端同时采用多个天线，通过发射正交波形，在天线接收端运用一系列匹配滤波器接受信号，从而等效合成一个较大的虚拟接收阵列。相较于传统雷达，MIMO雷达能够有效提高角度分辨率。

均匀线阵是最常用的雷达天线阵列形式，若MIMO雷达在发射端和接收端均采用均匀线阵，则合成的虚拟阵列亦为均匀线阵。然而，均匀线阵存在大量的冗余单元(可以用更少的阵元来实现相同设置更大的虚拟孔径)，可以通过稀疏阵列来提高MIMO雷达的虚拟合成孔径，从而提高雷达的角度分辨能力。目前，部分学者对于一维稀疏天线阵列的布阵方法进行了研究，尚未有文献开展对二维稀疏天线的布阵进行分析。

发明内容

为了解决上述的以及其他潜在的技术问题，本发明提供了一种MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法、雷达天线、雷达和存储介质，在一个给定尺寸的天线平面内，通过水平和垂直两个维度进行稀疏天线布阵，并根据用户对水平和垂直两个维度角度分辨率的要求，最终给出最优的天线布阵形式，解决MIMO雷达二维稀疏天线布阵问题。

一种MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，包括以下步骤：

S01：设置天线平面尺寸，确定发射天线数量和接收天线数量，设置期望的水平和垂直的角度分辨率最低值，并以此作为天线布阵的收敛门限；

S02：对天线平面内的所有可能位置进行遍历，发射天线位置和接收天线位置应分别进行遍历；

S03：对于每个潜在的发射天线位置和接收天线位置，计算合成后的虚拟天线位置。

进一步地，还包括步骤S04：遍历所有水平位置相同的虚拟天线位置，记录其虚拟天线垂直位置，并计算虚拟天线垂直位置间隔的差集。

进一步地，还包括步骤S05：根据垂直天线位置间隔差集，计算等效均匀线阵孔径(垂直)以及垂直角度分辨率。

进一步地，还包括步骤S06：遍历其中垂直位置相同的虚拟天线，并计算其水平位置间隔差集，再进一步计算等效均匀线阵孔径(水平)以及水平角度分辨率。

进一步地，还包括步骤S07：对于集合中同时满足水平角度分辨率和垂直角度分辨率的虚拟天线位置，记录其发射天线位置和接受天线位置。

进一步地，还包括步骤S08：在所有的发射天线位置和接收天线位置遍历完成后，输出满足角度分辨率条件的天线位置集合。

一种MIMO雷达天线，该雷达天线用上述方法计算得出的满足分辨率条件的发射天线位置和接收天线位置为基础制成的雷达天线。

一种MIMO雷达，该雷达用上述雷达天线制成。

一种MIMO雷达在机动车领域中的应用，使用上述MIMO雷达安装在机动车上作为车载雷达运行。

一种计算机程序产品，其具有程序代码单元，用于当所述程序代码单元在电子控制装置上运行或存储在计算机可读的数据载体上时实施上述方法。

如上所述，本发明的具有以下有益效果：

(1)本发明能够实现优化的二维稀疏天线布阵，相比于一维的天线布阵，能够兼顾水平和垂直两个维度的天线虚拟孔径，从而实现整个平面内天线布局最优。

(2)通过设定天线平面的尺寸和发射接收天线个数，能够有效降低天线布局的运算量，使得天线设计可以快速迭代。

(3)本发明在最优天线布阵搜索过程中，不包含迭代运算，因此可以通过分布式并行运算来缩短运算时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1显示为本发明构造虚拟天线时发射天线和接收天线布阵示意图。

图2显示为本发明虚拟天线布阵结果即雷达天线部分示意图。

图3显示为本发明计算虚拟天线潜在位置的流程图。

图4显示为本发明一实施例中计算出的三发射天线四接收天线的虚拟天线位置示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参见图1～图2，MIMO天线通过采用多个发射天线和多个接收天线，构造出一个远大于实际孔径的虚拟天线阵列。下面以图1为例，详细说明MIMO雷达天线如何构造虚拟天线。图1中包含三个发射天线和四个接收天线，其中发射天线用灰色实心圆示出，其中接收天线用白色空心圆示出。接收天线之间的间距为d。相邻发射天线在水平方向的间距为

2d，在垂直方向的间距为d。那么，其等效的一发多收天线阵列为1发12收，其等效天线形态如图2中虚圆所示。因此，可以通过MIMO雷达，以较少的发射和接收天线，等效更大的传统一发多收雷达天线，这样既可以解决首发通道个数，同时能够提高天线的角度分辨能力。

具体实施例1：

本实例一种MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，包括以下步骤：

步骤S01，设置天线平面尺寸，根据图3，在本实施例的优选实例中，天线平面选择尺寸为12*10(单位为半波长)，发射天线选择个数为3，接收天线选择个数为4。期望的水平角度分辨率选择优于15°，垂直角度分辨率选择优于20°。

步骤S02，发射天线位置和接收天线位置分别遍历整个12*10的天线平面，找到所有符合发射天线布阵的位置坐标以及所有符合接收天线布阵的位置坐标，将潜在的发射天线位置坐标归类到发射天线位置集中，将潜在的接收天线位置坐标归类到接收天线位置集中。

步骤S03，对于发射天线位置集中每个潜在的发射天线位置，和接收天线集中每个接收天线位置，计算合成后的潜在虚拟天线位置坐标，并将虚拟天线位置坐标归集到虚拟天线位置集中，每一个虚拟天线位置坐标都包括该虚拟天线的水平位置坐标和垂直位置坐标。

步骤S04，对水平维度虚拟天线位置的遍历：遍历所有水平位置相同的虚拟天线位置，记录其虚拟天线垂直位置。

作为优选实施例，还包括步骤S05，根据垂直天线位置间隔差集，计算等效均匀线阵孔径(垂直)以及垂直角度分辨率，图4中垂直天线位置间隔差集为{0，1，2，3}，其等效为

1发4收的均匀线阵，垂直角度分辨率为19°(瑞利分辨率)。

作为优选实施例，还包括步骤S06，接下来，遍历其中垂直位置相同的虚拟天线，并计算其水平位置间隔差集，再进一步计算等效均匀线阵孔径(水平)以及水平角度分辨率，图4中水平天线位置间隔差集为{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10}，其等效为1发11收的均匀线阵，水平角度分辨率为10°(瑞利分辨率)。

作为优选实施例，还包括步骤S07，对于集合中同时满足水平角度分辨率和垂直角度分辨率的虚拟天线位置，记录其发射天线位置和接收天线位置，显然图3的发射天线和接收天线位置排布，满足预期水平角度分辨率和垂直角度分辨率；

作为优选实施例，在所有的发射天线位置和接收天线位置遍历完成后，输出满足角度分辨率条件的天线位置集合。

一种MIMO雷达天线，该雷达天线用上述方法计算得出的满足分辨率条件的发射天线位置和接收天线位置为基础制成的雷达天线。

一种MIMO雷达，该雷达用上述雷达天线制成。

一种MIMO雷达在机动车领域中的应用，使用上述MIMO雷达安装在机动车上作为车载雷达运行。

一种计算机程序产品，其具有程序代码单元，用于当所述程序代码单元在电子控制装置上运行或存储在计算机可读的数据载体上时实施上述方法。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包括通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01：天线阵列参数初始化：设置天线平面尺寸，确定发射天线数量和接收天线数量，设置期望的水平和垂直的角度分辨率最低值，并以此作为天线布阵的收敛门限；

S02：对天线平面内的所有可能位置进行遍历，发射天线位置和接收天线位置应分别进行遍历；

S03：对于每个潜在的发射天线位置和接收天线位置，计算合成后的虚拟天线位置。

2.根据权利要求1所述的MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，其特征在于，遍历所有水平位置相同的虚拟天线位置，记录其虚拟天线垂直位置，并计算虚拟天线垂直位置间隔的差集。

3.根据权利要求2所述的MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，其特征在于，还包括步骤S05：根据垂直天线位置间隔差集，计算等效均匀线阵垂直孔径以及垂直角度分辨率。

4.根据权利要求3所述的MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，其特征在于，还包括步骤S06：遍历其中垂直位置相同的虚拟天线，并计算其水平位置间隔差集，再进一步计算等效均匀线阵水平孔径以及水平角度分辨率。

5.根据权利要求4所述的MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，其特征在于，还包括步骤S07：对于集合中同时满足水平角度分辨率和垂直角度分辨率的虚拟天线位置，记录其发射天线位置和接受天线位置。

6.根据权利要求5所述的MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，其特征在于，还包括步骤S08：在所有的发射天线位置和接收天线位置遍历完成后，输出满足角度分辨率条件的天线位置集合。

7.根据权利要求6所述的MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，其特征在于，所述天线平面以半波长为单位，选择尺寸为12*10；发射天线个数为3，接收天线个数为4；期望的水平角度分辨率选择优于15°，垂直角度分辨率选择优于20°。

8.根据权利要求7所述的MIMO雷达二维稀疏天线布阵方法，其特征在于，由步骤S04计算得到垂直天线位置间隔差集，所述垂直天线位置间隔差集为{0，1，2，3}，进而根据步骤S05计算等效均匀线阵垂直孔径以及垂直角度分辨率，其等效为1发4收的均匀线阵孔径，垂直角度瑞利分辨率为19°；步骤S06计算得到水平天线位置间隔差集，所述水平天线位置间隔差集为{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10}，进而根据步骤S07计算等效均匀线阵水平孔径以及水平角度分辨率，其等效为1发11收的均匀线阵孔径，水平角度瑞利分辨率为10°。

9.一种MIMO雷达天线，其特征在于，该雷达天线用上述权利要求1-8任一项所述的方法计算得出的满足分辨率条件的发射天线位置和接收天线位置为基础制成的雷达天线。

10.一种MIMO雷达，其特征在于，该雷达用上述权利要求9所述的雷达天线制成。

11.一种MIMO雷达在机动车领域中的应用，其特征在于，使用上述权利要求10所述的MIMO雷达安装在机动车上作为车载雷达运行。

12.一种计算机程序产品，其具有程序代码单元，用于当所述程序代码单元在电子控制装置上运行或存储在计算机可读的数据载体上时实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。