一種二維mimo陣列實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波領(lǐng)域，特別涉及一種二維MIMO陣列實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 研宄和開發(fā)安全、有效、低成本的雷達(dá)成像技術(shù)是當(dāng)今和未來(lái)社會(huì)的需要。成像技 術(shù)能夠使我們向內(nèi)看到自己的身體內(nèi)部，我們居住地球的內(nèi)部，向外看到宇宙星空。它降低 我們對(duì)不見和未知事物的恐懼和不安，增加了我們探索、解決問題的能力。
[0003] RCS成像技術(shù)在隱身目標(biāo)識(shí)別、天氣預(yù)報(bào)和地質(zhì)探測(cè)等方面有重要的價(jià)值。合成孔 徑雷達(dá)（SAR)技術(shù)作為典型的RCS成像技術(shù)已經(jīng)廣泛被國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)工作者研宄和探索。實(shí) 驗(yàn)室下典型的SAR技術(shù)中，收發(fā)天線采用"一步一停"的工作方式，數(shù)據(jù)采集需要耗費(fèi)大量 時(shí)間，不利于實(shí)時(shí)成像。
[0004] 解決方案之一是采用陣列成像技術(shù)，陣列成像技術(shù)在成像方面潛力巨大，它有多 個(gè)發(fā)射單元和接收單元，采用開關(guān)控制的工作形式，每次只有一對(duì)收發(fā)天線工作，有效的抑 制天線之間的耦合，產(chǎn)生出遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于實(shí)際天線數(shù)目的虛擬陣列單元，從而大大的節(jié)省陣列 的硬件成本和建造難度。
[0005] 根據(jù)單站雷達(dá)等效理論，具有一定距離的發(fā)射天線和接收天線可以等效為收發(fā)天 線在其中心處的單站情況，具體等效關(guān)系如圖1所示。
[0006] 設(shè)某一時(shí)刻有一對(duì)收發(fā)天線工作，照射的目標(biāo)為Ρ，發(fā)射單元發(fā)射電磁波經(jīng)過路線 rEc到達(dá)目標(biāo)ρ，經(jīng)ρ后的散射回波再經(jīng)過路線rFx被接收單元接收。根據(jù)單站等效理論，等 效相位中心在發(fā)射單元與接收單元所在的直線戶c上。發(fā)射單元、接收單元及目標(biāo)p構(gòu)成了 一個(gè)三角形，等效相位中心同時(shí)在該三角形角P的角平分線上，因此該角平分線與^^的交 點(diǎn)即為所要求的等相位中心。
[0007] 實(shí)際應(yīng)用中，等效相位中心被認(rèn)為在發(fā)射單元與接收單元的中心處，BP /?? =戶C/2，當(dāng)目標(biāo)距離收發(fā)單元較遠(yuǎn)時(shí)，此式近似成立，而在近場(chǎng)當(dāng)此誤差較大時(shí)則需要 進(jìn)行相位校準(zhǔn)處理。
[0008] 采用RMA(距離徙動(dòng)算法）進(jìn)行二維或三維雷達(dá)散射成像時(shí)，要求等效相位中心單 元分布為等間隔的虛擬矩陣，因此往往陣列設(shè)計(jì)方法也是固定單一的。以矩形天線陣列為 例，假設(shè)要等效出32X32的虛擬陣列，等效單元間隔為半波長(zhǎng)，設(shè)計(jì)矩形陣列由32個(gè)發(fā)射 天線和32個(gè)接收天線構(gòu)成，其中發(fā)射天線分成了兩個(gè)等間隔的線性一維陣列，各由16個(gè)發(fā) 射天線組成，間隔一個(gè)波長(zhǎng)，二者相互平行且相距16個(gè)波長(zhǎng)，接收天線的分布與之類似，具 體發(fā)射天線與接收天線的排列方式如圖2所示。根據(jù)等效相位中心近似原理，其相應(yīng)的等 效單元陣列如圖3所示。
[0009] 然而，陣列成像技術(shù)需要大量的物理天線單元，硬件復(fù)雜，成本高，架設(shè)困難，因此 合理設(shè)計(jì)天線陣列成為必要。合理的陣列設(shè)計(jì)不僅能夠減少成像的復(fù)雜度、減少硬件成本， 而且能優(yōu)化最終的成像性能（如旁瓣性能、分辨率）。目前出現(xiàn)的典型的二維天線陣列有 十字形陣列、矩形陣列、L型陣列等，天線單元位置固定、單一，靈活性、通用性不強(qiáng)，不利于 MIMO陣列的最優(yōu)化設(shè)計(jì)與選取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提出一種二維MIMO陣列實(shí)現(xiàn)方法，通過移動(dòng)發(fā)射陣列和接收 陣列能夠方便的得到多種矩形等效單元陣列，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的分辨率、旁瓣、空間布局等方 面選擇合適的收發(fā)配置，既簡(jiǎn)單又靈活通用。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0012] 一種二維MIMO陣列實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：
[0013] 步驟（1)，根據(jù)成像參數(shù)的要求，確定所需要成像的等效虛擬陣列陣元的數(shù)目及其 陣元間隔，虛擬陣列大小為M行N列，單元間隔為半波長(zhǎng)；
[0014] 步驟（2)，設(shè)計(jì)初始一維線性發(fā)射陣列和一維線性接收陣列；
[0015] 步驟（3)，發(fā)射陣列和接收陣列相互移動(dòng)；
[0016] 步驟（4)，步驟（2)設(shè)計(jì)的兩個(gè)線性陣列按步驟（3)設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)存在 相鄰發(fā)射天線和接收天線的距離均為波長(zhǎng)的7?/2倍時(shí)，移動(dòng)終止；
[0017] 步驟（5)，根據(jù)指標(biāo)要求判斷步驟（4)設(shè)計(jì)的陣列是否滿足要求，否則繼續(xù)執(zhí)行步 驟（4)，直至得到滿足設(shè)計(jì)要求的天線陣列；
[0018] 步驟（6)，陣列設(shè)計(jì)完畢，進(jìn)行成像測(cè)試。
[0019] 可選地，所述步驟（2)中設(shè)計(jì)初始一維線性發(fā)射陣列和一維線性接收陣列，具體 包括：一維發(fā)射陣列由排列在一條直線上的M個(gè)發(fā)射天線組成；相鄰發(fā)射天線間隔為一個(gè) 波長(zhǎng)；一維接收陣列由排列在一條直線上的N個(gè)接收天線組成；相鄰接收天線間隔為一個(gè) 波長(zhǎng)；發(fā)射陣列與接收陣列相互垂直且在同一平面內(nèi)。
[0020] 可選地，所述步驟（3)中，發(fā)射陣列和接收陣列相互移動(dòng)的移動(dòng)規(guī)則如下：
[0021] 發(fā)射陣列和接收陣列滿足步驟（2)所述的設(shè)計(jì)要求；
[0022] 發(fā)射陣列和接收陣列保持在同一平面內(nèi)，且相互垂直；
[0023] 發(fā)射陣列僅在其所在直線上移動(dòng)，接收陣列僅在其所在直線上移動(dòng)；
[0024] 移動(dòng)過程中保證發(fā)射天線間隔、接收天線間隔半波長(zhǎng)不變。
[0025] 可選地，所述步驟（5)中，根據(jù)旁瓣電平、占用空間、成像效果指標(biāo)要求判斷步驟 (4)設(shè)計(jì)的陣列是否滿足要求。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：
[0027] (1)簡(jiǎn)單且靈活通用；
[0028] (2)在陣列最優(yōu)化選取、高分辨率成像和節(jié)省硬件資源成本等方面有巨大優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0029] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030] 圖1為現(xiàn)有的陣列成像等效相位中心示意圖；
[0031 ] 圖2為采用RMA進(jìn)行二維或三維雷達(dá)散射成像陣列示意圖；
[0032] 圖3為圖2中陣列等效相位中心示意圖；
[0033] 圖4為本發(fā)明的二維MMO陣列實(shí)現(xiàn)方法流程圖；
[0034] 圖5為本發(fā)明的二維MMO陣列一個(gè)具體實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普