[发明专利]一种MIMO雷达虚拟稀疏阵列优化布阵方法

说明书

本发明公开一种MIMO雷达虚拟孔径高分辨稀疏优化方法，应用于高分辨率相控阵雷达探测技术领域，针对现有技术对角度分辨率的改善有限的问题；本发明首先在矩形MIMO雷达天线阵列的四个顶点各放置1根发射天线，在每根发射天线朝阵列中心点方向距离处各放置1根接收天线，剩余的发射天线与接收天线都放置在由这4根接收天线形成的矩形内，从而固定虚拟阵列孔径；然后对于4根接收天线形成的矩形内的这些收发天线排布采用遗传算法进行优化，采用本发明的方法能降低天线阵列成本、增大雷达有效孔径、改善雷达角度分辨率。

技术领域

本发明属于相控阵雷达探测领域，特别涉及一种高分辨率相控阵雷达探测技术。

背景技术

相控阵雷达探测广泛应用在地基、空基、海基和天基雷达，目前基于毫米波相控阵列雷达的4D智慧交通、智慧驾驶、智慧安防等应用，对相控阵雷达探测角度分辨率和扫描范围都有很高要求。而角度分辨率跟相控阵雷达天线孔径有关系，角度分辨率的提高就要求增大阵列天线孔径，同时为保证扫描范围，需要增加阵元通道数目。而阵元通道数目增加会增加成本，降低系统可实现性。

针对此问题，目前改善雷达角度分辨的解决办法包括超分辨信号处理算法、采用MIMO(multiple-input multiple-output，多输入多输出)雷达体制、稀疏布阵等。

超分辨算法对位于一个波束宽度内、在空间上相邻的多个信号有较好的测向性能，是阵列信号处理的重要研究方向。其中，多重信号分类(Multiple SignalClassification，MUSIC)算法是目前应用最为广泛的算法之一，其主要特点是通过对阵列接收的数据进行矩阵分解获取信号子空间和噪声子空间，其中信号子空间与信号的阵列流形空间相一致，并且与噪声子空间正交。但是超分辨信号处理算法要求信源数目不能大于接收天线数目，并且对信号正交性有要求。

MIMO雷达，通常包含多个发射天线和多个接收天线，发射天线依次发射相互正交的信号，每个发射信号经过目标反射后被多个接收天线同时接收。例如，发射天线数量为Nt，接收天线数量为Nr，每个发射信号都对应Nr根接收天线，最终接收端会形成Nt×Nr根虚拟接收天线，通过合理设计收发阵列排布，可以获得较大的虚拟雷达孔径。因此，MIMO雷达以延长阵列扫描时间和增加信号设计复杂度为代价增大了天线孔径，提高了角度分辨率。MIMO雷达在高精度角度测量方面具有巨大的优势，受到业界广泛关注。

采用稀疏布阵的方法可以在收发通道数目一定的情况下通过增大阵元间距，增加阵列有效孔径，从而改善角度分辨率。但是稀疏布阵也存在扫描范围减小、旁瓣水平提升、阵列优化变量多时间长等缺点。

综上，超分辨信号处理方法对信源数目和信号正交性有限制要求，而MIMO和稀疏布阵都可以在一定程度上改善角度分辨率，但是对角度分辨率的改善有限。

发明内容

本发明针对高分辨率相控阵雷达探测问题，提出了一种MIMO雷达虚拟孔径高分辨稀疏优化方法，具体采用遗传算法对MIMO虚拟阵列进行稀疏优化，进一步改善角度分辨率。

本发明采用的技术方案为：一种MIMO雷达虚拟孔径高分辨稀疏优化方法，具体步骤如下：

A1、确定所需的虚拟天线阵列孔径、虚拟阵列满阵时对应的发射天线数量NT和接收天线数量NR、初始稀疏率η₀，计算得稀疏阵列实际发射天线数量Nt、实际接收天线数量Nr；

A2、在矩形MIMO雷达天线阵列的四个顶点各放置1根发射天线，在朝矩形MIMO雷达天线阵列中心点方向距离每根发射天线处各放置1根接收天线，在4根接收天线形成的矩形内，按最小间距为半倍波长λ/2随机放置剩余的发射天线和接收天线；

A3、采用遗传算法对MIMO雷达稀疏阵列的收发天线排布位置进行优化；从而得到优化后的MIMO雷达稀疏阵列的实际排布方式、对应的虚拟阵列和方向图，然后结束。