一种MIMO雷达天线阵列及MIMO雷达天线阵列的布局方法技术

本发明专利技术公开了一种MIMO雷达天线阵列及MIMO雷达天线阵列的布局方法。所述MIMO雷达天线阵列由近模天线阵列和远模天线阵列组成；所述近模天线阵列由6个射频TR芯片级联实现，所述近模天线阵列中的近模天线为大视场角低增益天线，所述近模天线阵列用于实现近距离目标探测和角度分辨；所述远模天线阵列由2个射频TR芯片级联实现，所述远模天线阵列中的远模天线为窄视场角高增益天线，所述远模天线阵列用于实现远距离目标探测和角度分辨。该MIMO雷达天线阵列在兼顾大FOV和雷达远距离探测的同时，还拥有较高的目标角分辨能力和角度测量精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种MIMO雷达天线阵列及MIMO雷达天线阵列的布局方法


[0001]本专利技术实施例涉及毫米波交通雷达
，尤其涉及一种MIMO雷达天线阵列及MIMO雷达天线阵列的布局方法。

技术介绍

[0002]随着V2X、车路协同、全息路口等智慧交通解决方案的提出，毫米波交通雷达作为其中非常重要的感知设备，对其性能的需求日益增加，近端路口需要更大的视场角(Field of View，FOV)，以探测横穿马路的行人和车辆，需要更高的方位和俯仰角分辨能力，以实现更好的人机车、大小车分类，还需要毫米波交通雷达探测距离越远越好。
[0003]MIMO雷达基本采用多通道天线阵列测量视场角，天线阵列的口径就好比光学相机的像素传感器口径，大口径更受青睐，但天线排布却是一大难点，天线数量不够或天线间距排布不合理可能会造成相位模糊的问题。因此，如何利用有限数量的天线去实现雷达空间角度的感知能力是当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种MIMO雷达天线阵列及MIMO雷达天线阵列的布局方法，以解决现有技术无法利用有限数量的天线去实现雷达空间角度的感知能力的问题。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种MIMO雷达天线阵列，所述MIMO雷达天线阵列由近模天线阵列和远模天线阵列组成；
[0006]所述近模天线阵列由6个射频TR芯片级联实现，所述近模天线阵列中的近模天线为大视场角低增益天线，所述近模天线阵列用于实现近距离目标探测和角度分辨；
[0007]所述远模天线阵列由2个射频TR芯片级联实现，所述远模天线阵列中的远模天线为窄视场角高增益天线，所述远模天线阵列用于实现远距离目标探测和角度分辨。
[0008]根据本专利技术的另一方面，提供了一种MIMO雷达天线阵列的布局方法，所述MIMO雷达天线阵列包括近模天线阵列和远模天线阵列，该方法包括：
[0009]根据实际应用场景确定天线设计需求，所述天线设计需求包括近模天线需要满足的方位视场角、俯仰视场角、近模方位角分辨率和近模俯仰角分辨率、以及远模天线需要满足的方位视场角、俯仰视场角和远模方位角分辨率；
[0010]根据射频TR芯片级联方案确定近模发射天线数量和近模接收天线数量，以及远模发射天线数量和远模接收天线数量；
[0011]根据近模天线需要满足的近模方位角分辨率和近模俯仰角分辨率以及近模天线的波长确定近模天线阵列的阵列口径，根据远模天线需要满足的远模方位角分辨率以及远模天线的波长确定远模天线阵列的阵列口径；
[0012]以近模单天线尺寸作为最小布阵间距、以近模发射天线数量、近模接收天线数量以及所述近模天线的阵列口径为约束条件，以近模MIMO雷达虚拟阵列的3dB波束宽度最小、且旁瓣最低为目标，通过预设算法得到近模天线阵列；其中，所述近模单天线尺寸根据近模
天线满足的俯仰视场角和方位视场角确定；
[0013]以远模单天线尺寸作为最小布阵间距、以远模发射天线数量、远模接收天线数量以及所述远模天线的阵列口径为约束条件，以远模MIMO雷达虚拟阵列的3dB波束宽度最小、且旁瓣最低为目标，通过预设算法得到远模天线阵列；其中，所述远模单天线尺寸根据远模天线满足的俯仰视场角和方位视场角确定。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种MIMO雷达天线阵列的布局装置，所述装置包括：
[0015]需求确定模块，用于根据实际应用场景确定天线设计需求，所述天线设计需求包括近模天线需要满足的方位视场角、俯仰视场角、近模方位角分辨率和近模俯仰角分辨率、以及远模天线需要满足的方位视场角、俯仰视场角和远模方位角分辨率；
[0016]天线数量确定模块，用于根据射频TR芯片级联方案确定近模发射天线数量和近模接收天线数量，以及远模发射天线数量和远模接收天线数量；
[0017]阵列口径确定模块，用于根据近模天线需要满足的近模方位角分辨率和近模俯仰角分辨率以及近模天线的波长确定近模天线阵列的阵列口径，根据远模天线需要满足的远模方位角分辨率以及远模天线的波长确定远模天线阵列的阵列口径；
[0018]第一计算模块，用于以近模单天线尺寸作为最小布阵间距、以近模发射天线数量、近模接收天线数量以及所述近模天线的阵列口径为约束条件，以近模MIMO雷达虚拟阵列的3dB波束宽度最小、且旁瓣最低为目标，通过预设算法得到近模天线阵列；其中，所述近模单天线尺寸根据近模天线满足的俯仰视场角和方位视场角确定；
[0019]第二计算模块，用于以远模单天线尺寸作为最小布阵间距、以远模发射天线数量、远模接收天线数量以及所述远模天线的阵列口径为约束条件，以远模MIMO雷达虚拟阵列的3dB波束宽度最小、且旁瓣最低为目标，通过预设算法得到远模天线阵列；其中，所述远模单天线尺寸根据远模天线满足的俯仰视场角和方位视场角确定。
[0020]本专利技术实施例的技术方案，通过区分远近模天线设计以及多芯片级联MIMO设计，解决了现有雷达探测距离有限、角分辨率不高以及雷达视角较小的问题，取到了既可兼顾近端FOV，又可以探测远距离，且具有较高的方位和俯仰角分辨率的有益效果。
[0021]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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。
[0023]图1为本专利技术实施例提供的交通雷达安装示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例一提供的一种MIMO雷达天线阵列的示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例一提供的一种MIMO雷达天线阵列中的近模天线阵列示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例一提供的一种MIMO雷达天线阵列的近模MIMO雷达虚拟阵列示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例一提供的近模阵列方位向数字波束合成方向图的示意图；
[0028]图6为本专利技术实施例一提供的近模阵列俯仰向数字波束合成方向图的示意图；
[0029]图7为本专利技术实施例一提供的近模天线阵列对不同RCS目标物的探测能力的第一示意图；
[0030]图8为本专利技术实施例一提供的近模天线阵列对不同RCS目标物的探测能力的第二示意图；
[0031]图9为本专利技术实施例一提供的一种MIMO雷达天线阵列中的远模天线阵列示意图；
[0032]图10为本专利技术实施例一提供的一种MIMO雷达天线阵列的远模MIMO雷达虚拟阵列示意图；
[0033]图11为专利技术实施例一提供的远模阵列方位向数字波束合成方向图的示意图；
[0034]图12为本专利技术实施例一提供的远模天线阵列对不同RCS目标物的探测能力的第一示意图；
[0035]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MIMO雷达天线阵列，其特征在于，所述MIMO雷达天线阵列由近模天线阵列和远模天线阵列组成；所述近模天线阵列由6个射频TR芯片级联实现，所述近模天线阵列中的近模天线为大视场角低增益天线，所述近模天线阵列用于实现近距离目标探测和角度分辨；所述远模天线阵列由2个射频TR芯片级联实现，所述远模天线阵列中的远模天线为窄视场角高增益天线，所述远模天线阵列用于实现远距离目标探测和角度分辨。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述近模天线阵列以近模单天线尺寸作为最小布阵间距、以近模发射天线数量、近模接收天线数量以及近模天线的阵列口径为约束条件，以近模MIMO雷达虚拟阵列的3dB波束宽度最小、且旁瓣最低为目标，通过预设算法得到；其中，所述近模天线的阵列口径包括基于近模方位角分辨率确定的第一阵列口径以及基于近模俯仰角分辨率确定的第二阵列口径，所述近模方位角分辨率和所述近模俯仰角分辨率根据设计需求确定。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述远模天线阵列以远模单天线尺寸作为最小布阵间距、以远模发射天线数量、远模接收天线数量以及远模天线的阵列口径为约束条件，以远模MIMO雷达虚拟阵列的3dB波束宽度最小、且旁瓣最低为目标，通过预设算法得到；其中，所述远模天线的阵列口径包括基于远模方位角分辨率确定的第三阵列口径，所述远模方位角分辨率根据设计需求确定。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述近模天线满足方位视场角覆盖
±
60
°
，俯仰视场角覆盖
±
25
°
，所述远模天线满足方位视场角覆盖
±
17
°
，俯仰视场角覆盖
±5°
；所述6个射频TR芯片级联包括1个主芯片和5个从芯片，通过主芯片上的通道外接预设数量个近模发射天线；所述2个射频TR芯片级联包括1个主芯片和1个从芯片，通过主芯片上的通道外接预设数量个远模发射天线；其中，所述预设数量小于或等于4。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述近模天线阵列中的大部分近模发射天线和近模接收天线用于方位视场角测量，所述近模天线阵列中的小部分近模发射天线和近模接收天线用于俯仰视场角测量，其中至少一个近模发射天线和至少一个近模接收天线既用于方位视场角测量也用于俯仰视场角测量；其中，用于方位视场角测量的近模天线和用于俯仰视场角测量的近模天线采用虚拟稀疏阵列天线布局。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用于方位视场角测量的多个近模发射天线中相邻近模发射天线之间的间距不相等，用于方位视场角测量的多个近模接收天线放置于PCB板的上端，所述用于方位视场角测量的多个近模接收天线中相邻近模接收天线之间的间距相等或不相等；用于俯仰视场角测量的多个近模接收天线放置于所述用于方位视场角测量的多个近模接收天线中的最右侧近模接收天线的下端，所述多个用于俯仰视场角测量的多个近模接
收天线中相邻近模接收天线之间的间距相等或不相等。7.根据权利要6所述的方法，其特征在于，所述预设数量为4时，所述近模天线阵列包括4个近模发射天线和24个近模接收天线；所述近模天线阵列中的3个近模发射天线和20个近模接收天线用于方位视场角测量，所述近模天线阵列中的2个近模发射天线和5个近模接收天线用于俯仰视场角测量；其中，用于方位视场角测量的3个近模发射天...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萌，赵捷，王俊伟，高江梅，
申请(专利权)人：北京行易道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：