【MIMO阵列设计案例分析3900字】

MIMO阵列设计案例分析MIMO阵列设计案例分析 1 1 11.3MIMO阵列雷达 21.4直线MIMO阵列的分辨率与采样间隔 41.5弧形MIMO阵列的分辨率与采样间隔 MIMO雷达是新兴的一种阵列拓扑结构形式，相比于传统雷达，MIMO雷达可以通过对阵元的合理排布使系统的收发通道数量远多于实际使用的天线阵元个数，节省阵元数目。本章拟针对天线阵列、MIMO阵列虚拟阵元特性和等效阵列方向等角度间隔分布，如图1.1(b)所示。可以调整天线单元波束指向，使得图1.2为M发N收的MIMO雷达观测通道模型。发射天线阵元分时工作，在第m个发射天线阵元发射信号后，N个接收天线阵元同时接收经由目标散射d,=[exp(-j@tri),exp(-joTr₂)…,exp(-j@Tm)](3-d.=[exp(-joTR),exp(-j@TR₂)…,exp(-j@tRu)]结合式(3-3)、式(3-4)与式(3-5)可得：由式(3-6)可知MIMO雷达产生的复相位可表示为发射时延产生的复相位当MIMO雷达天线采用密集布阵方式时，通常天线与目标之间的距离比发以用发射阵列中第一个阵元到目标的入射角来表示，即θ₁≈θ₂≈,…,θ,满足此，式(3-4)可写为：结合式(3-6)与式(3-7)可得：由式(3-8)可知M发N收的MIMO天线阵列与一个1发MN收的天线阵列效果相同。但天线阵列中实际采用的接收阵元个数仅为N,其余皆为虚拟接收阵元。对于M发N收的MIMO阵列雷达，实际采用的收发阵元数量仅为M+N,通过对收发阵元的合理布局可以得到的数据观测通道数量为MN,相当于系统中点1与目标散射点2产生的双程时延分别为t₁、T₂,则两个目标点的回波脉冲之工作频带宽度。由式(3-9)可知，当雷达成像系统的工作频带越大，系统的径图1.3中x轴代表方位向，y轴代表距离向，原点位于发射阵列与接收阵列阵元的坐标，R,与R,分别为收发天线阵元到目标散射点的距离矢量。经过混频s(X,X,)=σexp(-j2πK,,R,)exp(-j2πK,.R,)散射目标点的散射系数。在步进频率系统中，K与Kr的幅值随着频结合式(3-10),式(3-12)与式(3-13)可得式(3-14)中，第一项为目标散射系数，中间项分别由目标散射点在直角坐结合式(3-14)与式(3-15)可得：(3-16)进行逆傅里叶变换可得表达式为：式(3-17)即为方位向的成像结果，其中K=K,_x+K,_x。在雷达成像系统由式(3-18)可知，发射天线阵元位置X,决定K,x的变化区间，接收天线阵元位置X,决定K,_的变化区间。假设发发天线的中点分别为X,o和X,_o,则其中L,为发射天线长度，L,为接收天线长度。在实际中，雷达与目标之间的距离远大于天线或目标的尺寸，所以根据将式(3-19)与式(3-18)得到的结结合式(3-19)与式(3-20)可得：因为K、=K,x+K,x,结合式(3-21)可得：根据瑞利准则，结合式(3-11)得到MIMO阵列雷达的方位向分辨率：式(3-24)可以简化为：MIMO阵列雷达成像系统的方位向分辨率还会受到天线单元的波束宽度将式(3-26)与式(3-25)对比可以发现，当R,=R,=R且L=L,=L时单对比结果其中△k,代表距离向的波数域采样间隔，△f代表步进频率信号的步长，DD绘制MIMO雷达二维成像模型如图1.4,TR表示接收阵元与发射阵元，Rx表示接收阵元。假设发射阵元数量为N,,接收阵元数量为N,,Rr_i表示第i个发射阵元与成像区域边界之间的距离，Rr_i表示第i个接收即根据式(3-31)与式(3-30)可得出接收阵元的满采样间隔： 弧状MIMO阵列的成像模型图1.5。其中TR表示发射阵元与接收阵元