[发明专利]一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法与装置

说明书

本发明公开了一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法与装置，包括以下步骤：确定MIMO雷达天线阵列的发射、接收阵元数；根据MIMO雷达分辨率要求和PCB板尺寸大小对阵列孔径进行约束；根据天线单元物理尺寸约束最小阵元间距；根据芯片数量、发射和接收阵列孔径约束各天线阵元分布范围；应用遗传算法优化MIMO雷达天线阵列设计，生成初始种群，种群中每一个个体表示一种阵列排布方式；通过适应度函数计算每个个体的适应度，对种群中的个体进行选择、交叉、变异操作，生成新的种群；判断是否满足终止条件，满足则输出最优个体即优化的阵列排布方式。本发明通过多约束条件使优化所得MIMO雷达天线阵列更符合实际应用需求。

技术领域

本发明属于毫米波车载MIMO雷达天线阵列技术领域，尤其涉及一种基于遗传算法的多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法与装置。

背景技术

MIMO雷达是一种新体制雷达，通过在发射端各个阵元发射互不相关的正交信号，在接收端接收目标回波信号，然后经匹配滤波器组将各个发射信号分离，可以等效合成大口径的虚拟接收阵。MIMO雷达可以有效地增大阵列的虚拟孔径，极大地提高系统空间分辨率。

MIMO雷达天线阵列设计的关键在于如何排布给定数目的发射阵元和接收阵元，使得MIMO阵列具有大的虚拟阵列孔径和低副瓣方向图。根据阵元分布情况，可将直线阵列分为均匀满阵阵列和稀疏阵列，满阵阵列即阵元按照半波长间距均匀排列，稀疏阵列即阵元按照半波长整数倍间距不均匀排列。对于MIMO阵列而言，根据MIMO工作原理，可将其发射阵列和接收阵列等效为发射接收阵列联合的虚拟阵列；可以通过设计发射、接收阵列的排布方式使得其等效阵列为均匀满阵阵列，一定程度上增大虚拟阵列孔径提高分辨率，目前已有许多等效阵列为均匀满阵的阵列设计方法。但是随着越来越高的雷达系统性能的要求，需要研究获得更大虚拟阵列孔径的MIMO阵列设计方法，获得更高的分辨率，则需要设计等效虚拟阵列也为稀疏阵列，从而有效地增大虚拟孔径。

稀疏阵列相较于均匀满阵阵列而言，可以在减少阵元数目的情况下保证阵列孔径大小，实现系统性能要求。目前已有的MIMO稀疏阵列设计方法有：以方向图为优化目标，基于遗传算法、进化差分算法等方法对稀疏阵列进行设计；最小冗余阵列设计；互质阵列设计；嵌套阵列设计。

稀疏阵列设计阵元间距过大会使得阵列方向图出现高副瓣，需要对阵列进行优化设计降低副瓣。遗传算法是一种并行、高效、全局性的搜索优化方法，模拟生物进化过程，具有简单通用、鲁棒性强、适于并行处理、尤其适用于解决传统搜索方法难以解决的复杂和非线性问题，非常适用于大规模阵列天线的设计，目前已经有很多关于遗传算法在稀疏阵列设计中的研究。从毫米波车载雷达工程应用的角度出发，利用遗传算法进行MIMO阵列设计时，需要根据实际设计需求对遗传算法优化模型进行约束。

发明内容

为了能够根据实际天线单元物理尺寸和PCB尺寸设计MIMO天线阵列，本发明的目的是提供一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法与装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法与装置，包括以下步骤：

(1)确定MIMO雷达天线阵列的发射阵元数M，接收阵元数N；

(2)根据MIMO雷达分辨率要求和PCB板尺寸大小对阵列孔径进行约束，确定发射阵列孔径L_t和接收阵列孔径L_r；

(3)根据天线单元物理尺寸约束最小阵元间距d_c；

(4)根据芯片数量K、发射阵列孔径L_t和接收阵列孔径L_r约束各天线阵元分布范围；

(5)应用遗传算法优化MIMO雷达天线阵列设计，根据步骤(1)-(4)所确定的参数和约束条件生成初始种群，种群中每一个个体表示一种阵列排布方式；