CN111398963A - 车载多分辨率复合数字雷达系统 - Google Patents

车载多分辨率复合数字雷达系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111398963A
CN111398963A CN202010344400.XA CN202010344400A CN111398963A CN 111398963 A CN111398963 A CN 111398963A CN 202010344400 A CN202010344400 A CN 202010344400A CN 111398963 A CN111398963 A CN 111398963A
Authority
CN
China
Prior art keywords
array
layer
given
mrca
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010344400.XA
Other languages
English (en)
Inventor
唐玥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Xiehe Electronic Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Xiehe Electronic Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Xiehe Electronic Co ltd filed Critical Jiangsu Xiehe Electronic Co ltd
Priority to CN202010344400.XA priority Critical patent/CN111398963A/zh
Publication of CN111398963A publication Critical patent/CN111398963A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开一种车载多分辨率复合数字雷达系统，包括发射器、喇叭天线、接收器、接收天线、DBF处理器以及控制器，提出一种车载多分辨率复合数字雷达系统，采用多分辨率复合数字阵列MRCA天线，可以在减少雷达天线阵列单元的数目、降低系统的复杂性成本的同时，增强雷达阵列天线系统的方向性，提高角度分辨率。

Description

车载多分辨率复合数字雷达系统
技术领域
本发明涉及一种车载雷达系统，特别是一种基于多分辨率复合数字阵列天线的车载雷达系统。
背景技术
数字波束形成(DBF)起源于自适应阵列天线，它的早期应用领域也是声呐和雷达。数字波束形成技术是以数字化的信息为基础，然后进行波束形成和处理。随着时代的发展，社会战争对雷达的性能要求愈来愈高，数字信号处理技术也正在不断成熟。而DBF的优点主要是可对主波束进行控制以及获得相对较高的信噪比，这使得其对于提升雷达的性能有及其重要的作用，所以越来越多的人讲目光投向数字波束雷达。
传统上为了提高雷达的分辨率，就得增加天线单元个数或者增大天线单元孔径，但是增大天线单元孔径会产生栅瓣，即会产生假目标，形成强烈的干扰，而增加天线单元个数会增加系统成本。
相对于已被广泛而深入研究的均匀间隔稀疏阵列和非周期稀布阵列模型，基于多个天线子阵输出信号合成的稀布阵列天线模型能获得较高的稀疏率和较低的副瓣，其在雷达系统中的运用与研究获得了越来越多的关注。其中，比较经典的是由李道京、侯颖妮等人提出的稀疏阵天线时分多相位中心孔径综合方法和由V.G.Welsby和D.G.Tucker介绍的基于两个天线子阵的输出信号相乘的乘法阵列MA技术。时分多相位中心孔径综合方法减少了传统满阵天线中的实际阵元数目，对低载荷艇载阵列天线成像雷达的研制具有重要的参考价值。MA技术最初应用于射电天文侦测，后被广泛研究来实现更窄的主瓣，压制稀疏阵列的副瓣，或者在方向图特定方向上形成极窄的零点。L.C.Stange和C.Metz等人第一次将MA技术应用于设计大孔径稀疏阵列天线数字波束雷达，在维持一定的雷达成像效果前提下，相较于传统天线阵削减了很多天线单元，极大的降低了数字波束雷达的成本和系统复杂性。尽管如此，MA数字波束雷达存在着多目标分辨能力不足的缺点，这极大的限制了MA技术在数字波束雷达领域的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：提出一种车载多分辨率复合数字雷达系统，采用多分辨率复合数字阵列MRCA天线，可以在减少雷达天线阵列单元的数目、降低系统的复杂性成本的同时，增强雷达阵列天线系统的方向性，提高角度分辨率。
本发明采取的技术方案具体为：一种车载多分辨率复合数字雷达系统，包括发射器、喇叭天线、接收器、接收天线、DBF处理器以及控制器，其中接收天线为多分辨率复合数字阵列MRCA天线，由位于一条直线上的一个半波长均匀子阵和多个均匀稀疏子阵结合而成。
进一步的，本发明上述系统中，所述的接收天线的复合数字阵列MRCA天线是基于多精度的概念，每个子阵列可用不同的方法来执行数字波束形成DBF，并且高精度的DBF可以通过结合所有子阵列的结果而获得。
更进一步的，所述复合数字阵列MRCA天线的几何形状可以由一个半径为LQ的半波长均匀子阵列和几个均匀稀疏子阵列几何而成。MRCA的基本思想是以不同的角分辨率扫描整个观察角，其中第一级子阵列应具有尖锐的主瓣，以获得所需的角分辨率。最后一级子阵列应该具有宽的主瓣，并抑制栅瓣，因此，有半波长元件间距的小孔径均匀线性阵列将应用于最后一级子阵列。
本发明车载多分辨率复合数字雷达系统，其中MRCA的设计包括以下步骤：
步骤1，设计第一层子阵
1-1并且如果给定半功率角θh(角分辨率ψres的一半)，整个稀疏阵列的孔径可以由式子(1)给出：
Figure BDA0002469611460000021
1-2该阵列的元件间距d1取决于最大多重目标鉴别角θm，由式子(2)给出了：
Figure BDA0002469611460000031
1-3因此，第一层阵列的元件个数N1可以由式子(3)给出：
Figure BDA0002469611460000032
步骤2，设计第q层子阵(q≥2)
2-1给出第q层的元件数目Nq，并且至少大于3，不同Nq的将影响整个多分辨率复合数字阵列的数目。
2-2第q层的半功率角θh(q)应该比q-1层的最大多重目标鉴别角小，q-1层的最大多重目标鉴别角θm(q-1)由式子(4)给出：
Figure BDA0002469611460000033
2-3如果设置第q层阵列的半功率角θh(q)＝0.5θm(q-1)，那么第q层的阵列孔径可以由式子(5)给出：
Figure BDA0002469611460000034
2-4那么第q层的元件间距dq可以由式子(6)给出：
Figure BDA0002469611460000035
2-5如果Lq≥(Nq-1)λ/2，q加1并且重复步骤二，直到dq≤λ/2Lq为止。
步骤3，最后第Q层，另Q＝q，LQ＝(Nq-1)λ/2整个MRCA元件的数目就可以由式子(7)给出：
NA＝N1+(Q-1)Nq-Q+1 (7)
更进一步的，本发明车载多分辨率复合数字雷达系统，所述子阵列是对称结构，并且它们的相位中心位于MRCA的中心。
有益效果
本发明的接收天线采用多分辨率复合数字阵列MRCA天线，首先，MRCA的结构并不仅限于2个子阵列，并且有多精度的MRCA设计方法使得MRCA设计更加灵活地去优化，因此可以在相等数目的天线元件条件下，或者保持相同波束形成但用更少的天线元件的情况下，得到更好的波束形成。其次，MRCA方法开始于期望得到的DBF雷达的性能参数，并且对应于前一个子阵列的观看角度，每个子阵列都有DBF方法。然后MRCA可以根据不同的DBF雷达应用来设计，还可以避免乘法阵列中遇到的高旁瓣问题。
所以本发明可以在减少雷达天线阵列单元的数目、降低系统的复杂性成本的同时，增强雷达阵列天线系统的方向性，提高角度分辨率。
附图说明
图1所示为本发明系统结构图；
图2所示为本发明多精度复合阵列的形成示意图；
图3所示为本发明MRCA的设计步骤图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
如图1所示，本发明车载多分辨率复合数字雷达系统，包括发射器1、喇叭天线2、接收器3、接收天线4、DBF处理器5以及控制器6，所述其中发射器1和DBF处理器5与控制器6连接，接收器3与DBF处理器5连接，喇叭天线2与发射器1连接，接收天线4与DBF处理器5，DBF处理器5用于输出信号，接收天线4为多分辨率复合数字阵列MRCA天线，可以由位于一条直线上的一个半波长均匀子阵和多个均匀稀疏子阵结合而成。
在应用时，本发明采用的多分辨率复合数字阵列MRCA天线，可以在减少雷达天线阵列单元的数目、降低系统的复杂性成本的同时，增强雷达阵列天线系统的方向性，提高角度分辨率。
相应的，所述的复合数字阵列是基于多精度的概念。每个子阵列可用不同的方法来执行数字波束形成DBF，并且高精度的DBF可以通过结合所有子阵列的结果而获得。
相应的，参考图2，MRCA的基本思想是以不同的角分辨率扫描整个观察角。其中第一级子阵列应具有尖锐的主瓣，以获得所需的角分辨率。最后一级子阵列应该具有很宽的主瓣，并抑制栅瓣。因此，有半波长元件间距的小孔径均匀线性阵列将应用于最后一级子阵列。所以，MRCA的几何形状可以由一个半径为LQ的半波长均匀子阵列和几个均匀稀疏子阵列几何而成。
相应的，参考图3，本发明车载多分辨率复合数字雷达系统，其中MRCA的设计包括以下步骤：
步骤1，设计第一层子阵
1-1并且如果给定半功率角θh(角分辨率ψres的一半)，整个稀疏阵列的孔径可以由式子(1)给出：
Figure BDA0002469611460000051
1-2该阵列的元件间距d1取决于最大多重目标鉴别角θm，由式子(2)给出了：
Figure BDA0002469611460000052
1-3因此，第一层阵列的元件个数N1可以由式子(3)给出：
Figure BDA0002469611460000061
步骤2，设计第q层子阵(q≥2)
2-1给出第q层的元件数目Nq，并且至少大于3，不同Nq的将影响整个多分辨率复合数字阵列的数目。
2-2第q层的半功率角θh(q)应该比q-1层的最大多重目标鉴别角小，q-1层的最大多重目标鉴别角θm(q-1)由式子(4)给出：
Figure BDA0002469611460000062
2-3如果设置第q层阵列的半功率角θh(q)＝0.5θm(q-1)，那么第q层的阵列孔径可以由式子(5)给出：
Figure BDA0002469611460000063
2-4那么第q层的元件间距dq可以由式子(6)给出：
Figure BDA0002469611460000064
2-5如果Lq≥(Nq-1)λ/2，q加1并且重复步骤二，直到dq≤λ/2Lq为止。
步骤3，最后第Q层，另Q＝q，LQ＝(Nq-1)λ/2整个MRCA元件的数目就可以由式子(7)给出：
NA＝N1+(Q-1)Nq-Q+1 (7)
实施例
本发明系统中，所述子阵列是对称结构，并且它们的相位中心位于MRCA的中心。
以下根据本发明方法步骤分阶段对进行详述。
在步骤1-1中，MRCA应用了均匀稀疏阵列的方法，均匀稀疏阵列的角分辨率可以通过其半功率波束宽度ψres＝2θh来表示，其中，半功率角θh可以近似为公式(8)所示
Figure BDA0002469611460000071
其中，λ是波长，L是稀疏数组的宽度，如果单元间距d大于波长，栅瓣出现在阵列模式，限制其最大多重目标鉴别角θm或无歧义目标扇区[θ0-θm，θ0+θm]，其中θ0是无歧义的目标的中心方向。θm与元件间的间距d有关
Figure BDA0002469611460000072
因此，如果我们能限制到达的目标波在一个较小的区域θ<θm，并满足条件θh≤θm，均匀稀疏阵列能够获得非常高的角分辨率，
通过多次测试验证表明：当放置一个目标时，并且在1000米范围内，系统可以获得它的准确方向；如果放置两个目标，间隔很窄，并且都在1000米范围内，系统也可以将其区分开来。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.车载多分辨率复合数字雷达系统，其特征是，包括发射器(1)、喇叭天线(2)、接收器(3)、接收天线(4)、DBF处理器(5)以及控制器(6)，其中接收天线(3)为多分辨率复合数字阵列MRCA天线，由位于一条直线上的一个半波长均匀子阵和多个均匀稀疏子阵结合而成。
2.根据权利要求1所述的车载多分辨率复合数字雷达系统，其特征是，所述的接收天线(3)的复合数字阵列MRCA天线是基于多精度的概念，每个子阵列可用不同的方法来执行数字波束形成DBF，并且高精度的DBF可以通过结合所有子阵列的结果而获得。
3.根据权利要求1所述的车载多分辨率复合数字雷达系统，其特征是，所述复合数字阵列MRCA天线的几何形状可以由一个半径为LQ的半波长均匀子阵列和几个均匀稀疏子阵列几何而成。
4.根据权利要求1所述的车载多分辨率复合数字雷达系统，其特征是，多精度复合阵列的形成是从第1层到第Q层的，其中MRCA的设计包括以下步骤：
步骤1，设计第一层子阵
1-1并且如果给定半功率角θh(角分辨率ψres的一半)，整个稀疏阵列的孔径可以由式子(1)给出：
Figure FDA0002469611450000011
1-2该阵列的元件间距d1取决于最大多重目标鉴别角θm，由式子(2)给出了：
Figure FDA0002469611450000012
1-3因此，第一层阵列的元件个数N1可以由式子(3)给出：
Figure FDA0002469611450000013
步骤2，设计第q层子阵(q≥2)
2-1给出第q层的元件数目Nq，并且至少大于3，不同Nq的将影响整个多分辨率复合数字阵列的数目；
2-2第q层的半功率角θh(q)应该比q-1层的最大多重目标鉴别角小，q-1层的最大多重目标鉴别角θm(q-1)由式子(4)给出：
Figure FDA0002469611450000021
2-3如果设置第q层阵列的半功率角θh(q)＝0.5θm(q-1)，那么第q层的阵列孔径可以由式子(5)给出：
Figure FDA0002469611450000022
2-4那么第q层的元件间距dq可以由式子(6)给出：
Figure FDA0002469611450000023
2-5如果Lq≥(Nq-1)λ/2，q加1并且重复步骤二，直到dq≤λ/2Lq为止；
步骤3，最后第Q层，另Q＝q，LQ＝(Nq-1)λ/2整个MRCA元件的数目就可以由式子(7)给出：
NA＝N1+(Q-1)Nq-Q+1 (7) 。
5.根据权利要求1或2所述的车载多分辨率复合数字雷达系统，其特征是，所述子阵列是对称结构，并且它们的相位中心位于复合数字阵列MRCA天线的中心。
CN202010344400.XA 2020-04-27 2020-04-27 车载多分辨率复合数字雷达系统 Pending CN111398963A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010344400.XA CN111398963A (zh) 2020-04-27 2020-04-27 车载多分辨率复合数字雷达系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010344400.XA CN111398963A (zh) 2020-04-27 2020-04-27 车载多分辨率复合数字雷达系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111398963A true CN111398963A (zh) 2020-07-10

Family

ID=71437339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010344400.XA Pending CN111398963A (zh) 2020-04-27 2020-04-27 车载多分辨率复合数字雷达系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111398963A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022228285A1 (zh) * 2021-04-30 2022-11-03 华为技术有限公司 一种天线、探测装置和终端

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Y. TANG 等: "MULTI-RESOLUTION COMPOSITE ARRAY BASED RADAR WITH ADAPTIVE BEAMFORMING" *
唐玥 等: "多分辨率复合数字阵列天线的设计与实验" *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022228285A1 (zh) * 2021-04-30 2022-11-03 华为技术有限公司 一种天线、探测装置和终端

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108508423B (zh) 基于异型阵的子阵数字和差单脉冲测角方法
CN1673770A (zh) 雷达装置
CN113314832B (zh) 一种毫米波车载mimo雷达天线阵列装置及设计方法
CN1752771A (zh) 单通道相控阵接收信号重构及空间信号处理方法
CN111812612B (zh) 基于子阵正交lfm信号的mimo雷达部分相关波形设计方法
CN111398963A (zh) 车载多分辨率复合数字雷达系统
CN112858994B (zh) 一种基于均匀圆阵的比幅测向方法
CN113238212A (zh) 基于空时编码的频率分集阵列雷达距离分辨率增强方法
CN108761433B (zh) 一种使用mimo声纳差合阵处理的高分辨成像方法
CN110927704A (zh) 一种提高雷达角度分辨力的信号处理方法
CN115963454A (zh) 一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法
CN113569192B (zh) 一种多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法
Kang et al. Improving the performance of DOA estimation using virtual antenna in automotive radar
CN112068129B (zh) 一种同心圆环阵列电磁涡旋雷达成像方法
CN115085784A (zh) 一种分级加权稀疏子阵天线阵列稳健波束合成方法
JP4834508B2 (ja) レーダ装置
CN1773307A (zh) 小型天线阵口径扩展与空间信号处理方法
CN115037352A (zh) 一种面向卫星波束对准增强的降噪方法
Elayaperumal et al. Performance analysis of Cognitive Adaptive Array Processing (CAAP) in phased array radar for various jammer scenarios
CN113391301A (zh) 基于时间调制线性阵列的超波束形成方法及系统
CN112526510A (zh) 基于方向图分集的单通道角度超分辨方法及系统
JPH09191209A (ja) ウェイト制御装置
CN110456312B (zh) 一种基于弧形等相位面的波束展宽方法
Chitre et al. Optimisation and beamforming of a two dimensional sparse array
JP7306891B2 (ja) レーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200710