【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多发多收(mimo)雷达阵列，特别涉及一种用于近场二维多发多收阵列雷达成像的阵元分布结构及该阵列。
技术介绍
1、在阵列雷达系统中，通常利用多发多收体制减少天线和收发模块的数量，降低系统成本和复杂性。二维mimo阵列雷达系统采用电子扫描代替机械扫描，具有高效率和空间三维成像能力，被广泛应用于监视、安保和医学成像等领域。
2、对于雷达成像，获得无栅瓣的高精度成像结果，阵列需要具有宽孔径和窄阵元间距。天线阵元的主要功能是对接收回波信号进行空间采样，由于mimo体制减少阵元数目的同时使得收发阵元分离，这导致虚拟阵元分布会存在一定程度的稀疏性，成像结果存在栅瓣问题。合理的阵列设计的主要目标是：在相同硬件配置的情况下，通过设计布阵，提高成像精度，例如锐化主瓣，抑制旁瓣和栅瓣等。
3、现有的二维mimo雷达阵列设计方法主要有一下两种：
4、第一种为单板级直接布阵，单板级直接布阵虽然阵列排布灵活，但这种分布结构射频系统硬件复杂度较高，不利于实现阵列的规模化，且制作成本高。
5、第二种为基于单片微波/毫米波集成电路(mmic)芯片构成的子阵列进行二维布阵。相比单板级直接布阵，采用这种方法可以维持低硬件复杂度，兼顾二维mimo阵列的规模化和低成本，发挥mmic设计的便于设计和调整的优势。现阶段随着mmic技术发展，为了扩展阵列规模，mimo雷达中更多使用基于mmic的二维布阵方法。
6、在设计二维mimo阵列时，理想的方案是尽可能让所有虚拟阵元均匀覆盖孔径平面，几乎不存在冗
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足以及提高近场二维mimo阵列雷达成像精度的需求，本专利技术提供了一种用于近场二维mimo阵列雷达成像的阵元分布结构及该阵列，通过基于综合孔径成像处理的多mmic子阵列的二维平面布局，设计出一种近场二维mimo阵列成像的阵元分布结构，此二维阵列结构在给定二维孔径宽度和阵元数目的情况下，能够提升目标成像精度，显著降低栅瓣水平。
2、本专利技术提供了一种用于近场二维mimo阵列雷达成像的mmic阵元分布结构，基于综合孔径成像进行设计，在预先给定的二维mimo阵列的孔径范围和mmic单元数量n的条件下，布局n个mmic单元生成二维mimo阵列；其中，n个mmic单元的阵元结构相同。
3、首先，确定每个mmic单元的阵元结构，设mmic单元中接收阵元与发射阵元的数量均为k，相邻发射阵元和相邻接收阵元的最小间距为λ/2，λ为波长；计算雷达波束的指标参数，调整mmic单元的阵元结构，使得mmic单元子阵内的等效虚拟阵元尽量不出现空缺，并且不超出给定的孔径范围。
4、n个mmic单元的布局方式是：在所需要布局二维mimo阵列的平面空间上，以垂直间距v、水平间距h为间距设置mmic单元位置的行、列基准，将mmic单元的第一个发射阵元作为该单元的中心阵元，使用中心阵元的位置代表mmic单元的位置，初始将n个mmic单元以方阵排列，并确定各mmic单元相对行基准和列基准的位置；然后，对当前mmic单元阵列的分布结构，计算空间频率域指标，通过在布局的平面空间上调整n个mmic单元的位置，获得空间频率域指标最优时的布局结果。
5、所述的雷达波束的指标参数有2d波束宽度，最大栅瓣水平(msll)和偏心率(ecc)。所述的2d波束宽度以3db波束宽度来表示，以椭圆近似雷达波束照射区域。所述的最大栅瓣水平表示栅瓣的辐射水平相对于主瓣的强度。所述的偏心率是椭圆的一个度量，表示椭圆的扁平程度，偏心率越接近1，椭圆的扁平程度越高。
6、所述的空间频率域指标有冗余度、uv分布的缺失点数量和缺失点位置。所述的uv分布中的缺失点指的是在干涉仪中无法获得有效干涉条纹的区域。
7、所述的n个mmic单元是指有16个mmic单元，每个mmic单元的第一个接收阵元的位置为该单元的中心；垂直间距v设置为8mm，水平间距h设置为10mm，设置5个行基准和4个列基准，16个mmic单元阵列分布的范围呈矩形，获得空间频率域指标最优时的布局。
8、更进一步地，本专利技术实现了一种二维mimo阵列，将k*k个所述的mmic阵元分布结构进行拼接扩展得到，k为正整数。
9、相比现有技术，本专利技术的优点与积极效果在于：
10、(1)本专利技术设计的二维mimo阵列，发挥mmic二维布阵的低成本优势，在有限空间内合理布阵，极大提升成像精度，能够达到方位、俯仰向的高精度。
11、(2)本专利技术设计的mmic阵元分布结构采用综合孔径成像方法，在阵元排布时，根据每个mmic子阵的发射阵元和接收阵元分布特点，使虚拟阵元基线的缺失值数量尽可能少，有效降低成像结果中的栅瓣水平；对于相同使用数量的mmic，要构造低冗余的二维阵元分布结构，使得阵列布局得到uv分布的基线缺失值尽量少。通过合理布局mmic，在保持硬件电路低复杂度的同时，实现了二维稀疏阵列雷达成像精度的提升，并降低了稀疏阵列成像结果中的栅瓣水平；使得设计的阵列适用于近场成像，在稀疏mimo布阵下能够有效降低栅瓣，在此方法下设计的阵列更适合mmic的阵列布局方案。
12、(3)本专利技术设计的mmic阵元分布结构及二维mimo阵列通过基于综合孔径成像处理的多mmic二维平面布阵，设计出的阵列用于成像具有高精度、低栅瓣的特点，是一种阵元位置受限情况下，二维稀疏布阵的有效通用方法。
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1.一种用于近场二维MIMO阵列雷达成像的MMIC阵元分布结构，基于综合孔径成像原理，在给定二维MIMO阵列的孔径范围和MMIC单元数量N的条件下，布局N个单片微波/毫米波集成电路MMIC单元生成二维MIMO阵列；其特征在于，所述布局N个MMIC单元的方式如下：
2.如权利要求1所述的MMIC阵元分布结构，其特征在于，所述的MMIC单元的阵元结构为4发4收天线，布局方式为：4根接收天线以线阵等距离排布在同一侧，4根发射天线按照1根靠近芯片边缘，3根等距离垂直分布的方式排布为L型阵列；
3.如权利要求1或2所述的MMIC阵元分布结构，其特征在于，所述的雷达波束的指标参数有2D波束宽度、最大栅瓣水平和偏心率；其中，以椭圆近似雷达波束照射区域，2D波束宽度以3dB波束宽度来表示，最大栅瓣水平是栅瓣的辐射水平相对于主瓣的强度，偏心率是所述椭圆的一个度量参数。
4.如权利要求1或2所述的MMIC阵元分布结构，其特征在于，所述的空间频率域指标有冗余度、UV分布的缺失点数量和缺失点位置；其中，冗余度是理想采样点与实际采样点的数量比值；所述缺失点是指在干涉仪中
5.如权利要求1所述的MMIC阵元分布结构，其特征在于，所述的垂直间距V设置为8mm，水平间距H设置为10mm。
6.如权利要求5所述的MMIC阵元分布结构，其特征在于，所述的MMIC单元有16个，以每个MMIC单元的第一个接收阵元的位置为该单元的中心，以垂直间距V以及水平间距H为间距，设置5个行基准和4个列基准，16个MMIC单元阵列分布的范围呈矩形，获得空间频率域指标最优时的布局。
7.一种二维MIMO阵列，其特征在于，将K*K个如权利要求1或2或5或6所述的MMIC阵元分布结构进行拼接扩展得到，K为正整数。
...【技术特征摘要】
1.一种用于近场二维mimo阵列雷达成像的mmic阵元分布结构，基于综合孔径成像原理，在给定二维mimo阵列的孔径范围和mmic单元数量n的条件下，布局n个单片微波/毫米波集成电路mmic单元生成二维mimo阵列；其特征在于，所述布局n个mmic单元的方式如下：
2.如权利要求1所述的mmic阵元分布结构，其特征在于，所述的mmic单元的阵元结构为4发4收天线，布局方式为：4根接收天线以线阵等距离排布在同一侧，4根发射天线按照1根靠近芯片边缘，3根等距离垂直分布的方式排布为l型阵列；
3.如权利要求1或2所述的mmic阵元分布结构，其特征在于，所述的雷达波束的指标参数有2d波束宽度、最大栅瓣水平和偏心率；其中，以椭圆近似雷达波束照射区域，2d波束宽度以3db波束宽度来表示，最大栅瓣水平是栅瓣的辐射水平相对于主瓣的强度，偏心率是所述椭圆的一个度量参数。
【专利技术属性】
技术研发人员：杨彬，鲍宇轩，王俊，孙良运，贺嘉诚，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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