【MIMO陣列設(shè)計(jì)案例分析3900字】

MIMO陣列設(shè)計(jì)案例分析MIMO陣列設(shè)計(jì)案例分析 1 1 11.3MIMO陣列雷達(dá) 21.4直線MIMO陣列的分辨率與采樣間隔 41.5弧形MIMO陣列的分辨率與采樣間隔 MIMO雷達(dá)是新興的一種陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式，相比于傳統(tǒng)雷達(dá)，MIMO雷達(dá)可以通過(guò)對(duì)陣元的合理排布使系統(tǒng)的收發(fā)通道數(shù)量遠(yuǎn)多于實(shí)際使用的天線陣元個(gè)數(shù)，節(jié)省陣元數(shù)目。本章擬針對(duì)天線陣列、MIMO陣列虛擬陣元特性和等效陣列方向等角度間隔分布，如圖1.1(b)所示。可以調(diào)整天線單元波束指向，使得圖1.2為M發(fā)N收的MIMO雷達(dá)觀測(cè)通道模型。發(fā)射天線陣元分時(shí)工作，在第m個(gè)發(fā)射天線陣元發(fā)射信號(hào)后，N個(gè)接收天線陣元同時(shí)接收經(jīng)由目標(biāo)散射d,=[exp(-j@tri),exp(-joTr?)…,exp(-j@Tm)](3-d.=[exp(-joTR),exp(-j@TR?)…,exp(-j@tRu)]結(jié)合式(3-3)、式(3-4)與式(3-5)可得：由式(3-6)可知MIMO雷達(dá)產(chǎn)生的復(fù)相位可表示為發(fā)射時(shí)延產(chǎn)生的復(fù)相位當(dāng)MIMO雷達(dá)天線采用密集布陣方式時(shí)，通常天線與目標(biāo)之間的距離比發(fā)以用發(fā)射陣列中第一個(gè)陣元到目標(biāo)的入射角來(lái)表示，即θ?≈θ?≈,…,θ,滿足此，式(3-4)可寫(xiě)為：結(jié)合式(3-6)與式(3-7)可得：由式(3-8)可知M發(fā)N收的MIMO天線陣列與一個(gè)1發(fā)MN收的天線陣列效果相同。但天線陣列中實(shí)際采用的接收陣元個(gè)數(shù)僅為N,其余皆為虛擬接收陣元。對(duì)于M發(fā)N收的MIMO陣列雷達(dá)，實(shí)際采用的收發(fā)陣元數(shù)量?jī)H為M+N,通過(guò)對(duì)收發(fā)陣元的合理布局可以得到的數(shù)據(jù)觀測(cè)通道數(shù)量為MN,相當(dāng)于系統(tǒng)中點(diǎn)1與目標(biāo)散射點(diǎn)2產(chǎn)生的雙程時(shí)延分別為t?、T?,則兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的回波脈沖之工作頻帶寬度。由式(3-9)可知，當(dāng)雷達(dá)成像系統(tǒng)的工作頻帶越大，系統(tǒng)的徑圖1.3中x軸代表方位向，y軸代表距離向，原點(diǎn)位于發(fā)射陣列與接收陣列陣元的坐標(biāo)，R,與R,分別為收發(fā)天線陣元到目標(biāo)散射點(diǎn)的距離矢量。經(jīng)過(guò)混頻s(X,X,)=σexp(-j2πK,,R,)exp(-j2πK,.R,)散射目標(biāo)點(diǎn)的散射系數(shù)。在步進(jìn)頻率系統(tǒng)中，K與Kr的幅值隨著頻結(jié)合式(3-10),式(3-12)與式(3-13)可得式(3-14)中，第一項(xiàng)為目標(biāo)散射系數(shù)，中間項(xiàng)分別由目標(biāo)散射點(diǎn)在直角坐結(jié)合式(3-14)與式(3-15)可得：(3-16)進(jìn)行逆傅里葉變換可得表達(dá)式為：式(3-17)即為方位向的成像結(jié)果，其中K=K,_x+K,_x。在雷達(dá)成像系統(tǒng)由式(3-18)可知，發(fā)射天線陣元位置X,決定K,x的變化區(qū)間，接收天線陣元位置X,決定K,_的變化區(qū)間。假設(shè)發(fā)發(fā)天線的中點(diǎn)分別為X,o和X,_o,則其中L,為發(fā)射天線長(zhǎng)度，L,為接收天線長(zhǎng)度。在實(shí)際中，雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離遠(yuǎn)大于天線或目標(biāo)的尺寸，所以根據(jù)將式(3-19)與式(3-18)得到的結(jié)結(jié)合式(3-19)與式(3-20)可得：因?yàn)镵、=K,x+K,x,結(jié)合式(3-21)可得：根據(jù)瑞利準(zhǔn)則，結(jié)合式(3-11)得到MIMO陣列雷達(dá)的方位向分辨率：式(3-24)可以簡(jiǎn)化為：MIMO陣列雷達(dá)成像系統(tǒng)的方位向分辨率還會(huì)受到天線單元的波束寬度將式(3-26)與式(3-25)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)R,=R,=R且L=L,=L時(shí)單對(duì)比結(jié)果其中△k,代表距離向的波數(shù)域采樣間隔，△f代表步進(jìn)頻率信號(hào)的步長(zhǎng)，DD繪制MIMO雷達(dá)二維成像模型如圖1.4,TR表示接收陣元與發(fā)射陣元，Rx表示接收陣元。假設(shè)發(fā)射陣元數(shù)量為N,,接收陣元數(shù)量為N,,Rr_i表示第i個(gè)發(fā)射陣元與成像區(qū)域邊界之間的距離，Rr_i表示第i個(gè)接收即根據(jù)式(3-31)與式(3-30)可得出接收陣元的滿采樣間隔： 弧狀MIMO陣列的成像模型圖1.5。其中TR表示發(fā)射陣元與接收陣元