MIMO雷达天线阵列

具有一个发射器的雷达和一个接收器天线可以基于透射电磁波的飞行时间来测量目标。一个发射器和接收器ISN＆＃39; T然而，目标是目标是。获得抗角度的简单方法是使用具有非常窄的光束的天线并机械旋转。机械旋转确实具有一些缺点。它需要一个大天线机成窄的波束宽度，旋转大天线需要大量的空间和整个视野可以同时成像。

而不是旋转单个天线，雷达具有多个固定天线的雷达来生成目标的图像。相控阵雷达使用MultipleAntennas来形成雷达图像，而不需要物理旋转。由于天线可以同时操作图像刷新率很大.MIMO雷达是分阶段阵列雷达，具有多个发射器和接收endAnas。使用越多的天线可以越好地使用Theradar的角度分辨率。

我一直在使用MIMO RADARS几年。当我开始时，我没有谈论他们，并没有人和＃39; T似乎似乎很多介绍水平储层时间。我认为许多现有的材料过于复杂的anddon＆＃39; t对该主题提供了良好的直觉。这篇文章是我试图制作内容级文章关于MIMO雷达天线阵列设计，当我开始设计MIMO雷达时，我有我所希望的。

雷达通过从从目标反射的发射机支动传输电磁波形，并由接收endnas接收。基于传输和接收之间的时间延迟，可以计算目标目标。这一并排＆＃39; t提供有关对象的紫色的任何信息。要知道目标多个天线的角度。天线处于略微不同的位置，因此在略微不同的时间接收TheSignal。基于每个Arrentenna的时间差，可以解决目标的角度。在实践中代替Theabsolute的时间差，这将需要极好的时间分辨率，使用接收信号的阶段。

如果我们假设目标是非常远的，并且可以假设从每个天常线的目标到目标的角度相同，则在上述图中概括了雷达波形行动到每个天线的距离。我们还将制造其他假设Theantenna之间目标的距离差异小于雷达的范围分辨率。这种假设在图像形式之后，所有信号都将在相同范围内的图像形成。

雷达波形行进的距离是从TX天线Totarget以及从目标回到Rx天线的距离的距离：\（r_ {tx} + r_ {rx1} = 2r_ {tx} + d \ sin \ theta \）。在不同距离的多个接收器天线到发射器，雷达波形行进略微的距离，该距离可用于求解目标的角度。

来自Rx天线处的一个目标的接收信号是形式：\（f _ {\ text {rx}} = af_ {rx0} \ exp \ left（\ frac {2 \ pi j} {\ lambda} d \ sin \ theta \右）\）。 \（a \）是接收信号的尾声，\（f_ {rx0} \）是在发射机天线处接收的时间延时的变送器WaveForm。 exponentialTerm是相移，其取决于辐射信号\（\ lambda = \ frac {f} {f}}的距离到目标\（r \）和波长的距离。复数用于数学上的分析更简单，实际测量的信号是术语价值的，并且仅测量表达的实际部分。

在不同距离处具有一个目标和两个接收器天线，可以通过比较TworeCeiver天线处的接收信号的相位差来容易地确定目标的角度。从发送器的距离\（d \）和\（2d \）处的两个天线处的接收信号的相位差是\（\ exp \ left（\ frac {2 \ pi j} {\ lambda} d \ sin \ \ \右）\），目标\（\ theta \）的角度可以从表达式求解。对于BEA单个解决方案来说，距离\（d \）需要小于\（\ lambda / 2 \），以两个或更多个角度获得相同阶段的其他方式，以获得相同的阶段。

当有多个目标时，情况有点难。来自接收器处的不同目标总和的反射信号，并且只能Bemed信号。对于一个目标，Allantennas的信号的幅度是相同的，但是具有多个目标，这不一定是这种情况。

在从接收器信号解调雷达波形\（f_ {rx0} \）之后，每个接收器和＃39; s输出是表单\（f_ {rx，n} = a_n \ exp {j \ phi_n} \）。 MatchedFiltering是最佳的线性滤泡，以确定每个角度有一个目标的程度。匹配过滤器的案例是从特定角度的单曲点观察的信号：\（g_n（\ theta）= \ exp \ left（\ frac {2 \ pi j} {\ lambda} d_n \ sin \ theta \正确的）\）。

设置\（f_ {rx，n} = 1 \）我们获取ZEROANGLE的单个目标的目标响应。

在上图中，有一些目标响应，其具有具有单交单的阵列和不同数量的接收器。许多天线需要Geta不错的角度分辨率。即使16个接收器-3 dB角分辨率也只有6度。

可以通过在总和中加权术语来调整Sidelobe水平。没有重复第一个侧链在-13 dB级别。

对于MIMO原则，我们需要假设接收器致癌来自不同发射器的信号。如果它们会在Chesame时间传输相同的波形，它们只能在接收器和运动中达成。在实践中，发射器可以在不同的时间内传输，在不同的频率或波形是正交的并且相关的接收器可以将它们分开。

上述天线配置类似于前一个接收器和两个接收器，但现在已经添加了第二发射机\（2D \）。 TX1-RX1和TX1-RX2信号与之前和，还与此外的另外的TX2-RX1和TX2-RX2信号相同。我们可以编写\（r_ {tx2} \）\（r_ {tx1} \）的函数和发射器\（2d \）之间的距离作为\（r_ {tx2} = r_ {tx1} - 2d \ sin \ theta \）。从Tx2到rx1的距离可以编织：\（r_ {tx2} +（r_ {tx1} + d \ sin \ theta）= 2r_ {tx1} - d \ sin \ theta \）。将其写入所有对的目标给出下表：

具有四个天线的2TX-2Rx阵列为天线对与上图中有五个天线的天线对与1TX-4RX阵列相同的长度差异。在相同的形成雷达图像中的这一问题。如果将Tx2天线移动到作为RX2的校位位置，则测量的长度将完美地匹配1TX-4RxArray。测量距离中的恒定偏移不会＆＃39;对于目标角度而言，我没有像那样画出它，因为这个数字不会那么清楚。

使用两个发射器，我们保存了一个总天线。节省的偶然是较大的阵列。 MIMO阵列对每个TX-RX对进行独立测量，而只有一个发射器的天线阵列可以对接收器天线的数量进行测量。例如，对于32个接收器和32个接收器，每个TX-RX对都具有独立测量，总共32 * 32 = 1024测量。天线阵列只有一个发射器需要1024 receiver天线来获得相同的数字测量并实现SameAngular分辨率。

在最后一节中，发现2TX-2RX数组在天线间距如给出的那样，发现与1TX-4RX数组类似。如果天线间距将愿意，它们不会匹配。天线阵列具有单个发射器易于分析。问题是如何确定MIMO阵列的正确天线，以匹配常规天线阵列？

为了简化MIMO阵列的分析，它可以计算天线阵列的虚拟元素。每个虚拟元素是仅接收其自己的发送信号的重叠转换器和接收器。这种virtual收发器天线阵列更易于分析。在实践中，对于每rex-rx对，我们将虚拟收发器天线以差异的一半放置。

在上图中，在距离\（d \）处的Tx-Rx对和它们之间的虚拟元素。 tx到rx距离的tx是\（2r_ {tx} + d \ sin \ theta \）。从虚拟元素到目标到虚拟元素的距离是\（2（r_ {tx} + \ frac {d} {2} \ sin \ theta）= 2r_ {tx} + d \ sin \ theta \），它等于Tx-rxpair。

关于收发器元件的一个重要细节是，虽然规范阵列阵列间距需要小于半波长以避免偶振，但收发器元件间距需要小于四分之一波长。该方法具有收发器元件的发射器和接收器重叠。通过四分之一波长远离目标容量将收发器元素远离目标的距离通过半波长。

在上图中，是1TX-4RX和2TX-2RX阵列天线位置，具有标记的虚拟元素。尽管具有较小的物理尺寸和较少的天线virtual元件地点与1TX-4RX阵列相同。

在上图中，比较1TX-64RX和8TX-8Rx阵列。 8TX-8RX MIMO ARRANTHA不太少的天线，物理上较小，具有相同的虚拟阵列ASTHE 1TX-64RX阵列。 1TX-64RX物理尺寸为31.5波长，8TX-8RX尺寸发行较小的28个波长。 Y轴Tx至Rx距离是任意的andDoesn＆＃39; t对目标检测有影响。零角度的目标响应如下所示。

角度分辨率约为1.6度，这开始是雷达的偏远解决方案。

然而，还有另一个MIMO阵列配置，导致相同的阵列，但物理甚至更小。诀窍是将Rx Arrastin 2拆分，并将它们放在TX阵列的相对侧。

以上图中的8TX-8RX MIMO数组将导致与前两个阵列完全相同的VirtualArray，但物理尺寸在17.5波长下较小。这几乎比1TX-64Rx阵列小于1TX-64Rx阵列，随着元素的数量增加，拆分RX MIMO数组只有一个变送器只需要一个相同数组的空间。

还有其他可能的8TX-8RX MIMO阵列具有相同的VirtualArray，但它们并不像拆分Rx阵列那样紧凑。然而，他们可能会在某些情况下肆无忌惮。在下图中是一个示例：

以前，天线阵列已经是一维线性阵列，所以无论雷达图像都有与目标的距离和方位角。它们随着雷达图像为2D并且没有倾斜角度（Targetheight）组件，它们不会被选为2D阵列。为了获得倾斜角度和目标的完整3DPosition，天线阵列需要是二维的。

利用一个发射器，接收器需要在该电容上以密集的网格布置，要求总共64个接收器天线。

角度分辨率并不良好，因为只有八个天线Forx和Y方向。

可以通过在垂直行中排列TxAND Rx天线来实现具有相同虚拟阵列的一个MIMO数组：

虽然这需要较少的总天线，但它不会节省空间。与SPLITRX 2D阵列类似，可以使用3D阵列成像盒式阵列的3D阵列来完成天线的分割：

虚拟元素数组与以前相同但现在物理大小Issmaller。与类似的2D情况类似，随着元件的数量增加，盒形MIMO阵列的外侧峰值是致密接收器阵列的一半横升发射器。

盒子配置确实有一个缺点，在拐角TX和RxAnnnas中需要非常靠近，距离仅为0.35波长。在实践中，这可能导致大型TX-RX耦合的问题。

框阵列具有一个很好的属性，它可以在仍然达到虚拟元素间隔的同时铺焊，而无需任何间隙或重叠元素：

这在实践中非常有用，因为它给出了漫长的ray中的空间，并允许用较小的模块制造大型阵列。

所有上述阵列都导致相同间隔的虚拟阵列。这是在实践中的非常丰富的财产，因为它允许在image形成中使用快速傅里叶变换大大加速。然而，非等间隔的阵列是Alsoposs，它可以用相同方程式计算它们的响应。

如果天线不是正确的正确位置，则虚拟阵列Won＆＃39; t beuniform。

虚拟阵列的较大绝对大小导致较窄的主叶片，但是虚拟阵列增加侧瓣级。

在上图中，在均匀分布后，8TX和8Rx天线在-2至+ 2波长框中随机放置。

MIMO雷达阵列具有\（n_ {tx} \）发射器和\（n_ {rx} \）接收器可以实现与天线阵列相当的具有一个发射机和\（n_ {tx} n_ {rx} \）接收器的分辨率。通过正确的天线分配MIMO阵列可以制造常规天线阵列的大小，同时仍然实现相同的Angular resolution。