(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110760323.0 (22)申请日 2021.07.0 6 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113343588 A (43)申请公布日 2021.09.0 3 (73)专利权人 东南大学 地址 211189 江苏省南京市江宁区东 南大 学路2号 专利权人 南京隼眼电子科技有限公司 (72)发明人 黄岩　马莉　余旭涛　张慧　 郭坤鹏　买剑春　周睿　陈鹏　 洪伟　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 陈国强(51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (56)对比文件 CN 110456334 A,2019.1 1.15 CN 105426578 A,2016.0 3.23 CN 112946582 A,2021.0 6.11 段亚楠等.基 于遗传算法的MIMO-SAR面阵优 化. 《雷达科 学与技术》 .2016,(第0 3期), 周祥等.近场MIMO雷达直线阵列的稀疏优化 设计. 《桂林理工大 学学报》 .2019,(第04期), 审查员 慈丽雁 (54)发明名称 一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列 设计方法与装置 (57)摘要 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。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 113343588 B 2022.11.08 CN 113343588 B 1.一种多约束毫米波车 载MIMO雷达天线阵列设计方法， 其特 征在于： 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Lt和接收阵列孔径Lr； (3)根据天线单 元物理尺寸约束最小阵元间距dc； (4)根据芯片数量K、 发射阵列孔径Lt和接收阵列孔径Lr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； (6)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； (7)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， 不满足则重 复步骤(6) ‑(7)； (8)根据优化所 得MIMO阵列排布方式， 与射频电路结合 生成MIMO雷达装置 。 2.根据权利要求1所述的一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法， 其特征 在于： 所述步骤(2)中， 发射阵列孔径表示为Lt＝LM×λ/2， 接收阵列孔径表示为Lr＝LN×λ/ 2； λ为信号波长， LM、 LN分别为发射阵列和接收阵列满阵 阵元数目减1。 3.根据权利要求1所述的一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法， 其特征 在于： 所述 步骤(3)中， 最小阵元间距dc＝k， L≈k×λ/2为天线单 元长度， k 为正整数。 4.根据权利要求1所述的一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法， 其特征 在于： 所述步骤(4)中， 将[0,LM]、 [0,LN]分为K子个区间， 分别将各芯片对应的天线阵元位置 约束在不同的子区间内， 令Lsub1＝[LM/K],Lsub2＝[LN/K]， [x]表示不超过x的整数， 各区间范 围为： 其中， LM、 LN分别为发射阵列和接收阵列满阵 阵元数目减1。 5.根据权利要求1所述的一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法， 其特征 在于： 所述步骤(5)中， MIMO雷达天线阵列需要同时设计发射阵列和接收阵列， 在生成种群 时要同时生成发射种群和接收种群， 通过MIMO雷达天线阵列等效原理得到发射、 接收的联 合等效阵列； 生成的发射和接收个 体分别表示 为： [0,dt2,dt3,...,dt(M‑1),LM]； dt2,dt3,...,dt(M‑1)∈[dc,LM‑dc] [0,dr2,dr3,...,dr(N‑1),LN]； dr2,dr3,...,dr(N‑1)∈[dc,LN‑dc] 其中， 发射阵元位置dt2,dt3,...,dt(M‑1)， 接收阵元位置dr2,dr3,...,dr(N‑1)根据芯片数量 和阵元数目分别在步骤(4)所 得的各天线阵元分布范围中分布。 6.根据权利要求1所述的一种多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法， 其特征 在于： 所述 步骤(6)中， 以方向图最大 旁瓣电平为 适应度函数。 7.一种由权利 要求1所述的多约束毫米波车载MIMO雷达天线阵列设计方法得到的MIMO 雷达装置 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113343588 B 2一种多约束毫米波车载MIMO雷达 天线阵列设计方 法与装置 技术领域 [0001]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 [0002]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。 [0003]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MIM O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。 [0004]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。 [0005]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 [0006]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 。 [0007]为实现上述目的， 本发明采用的技 术方案为： [0008]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： [0009](1)确定MIMO雷达天线阵列的发射阵元 数M， 接收阵元 数N； [0010](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 发射阵说　明　书 1/6 页 3 CN 113343588 B 3