面向电磁特性测量的毫米波级联雷达系统设计

单芯片毫米波雷达面临着测量维度单一、分辨率低的问题,级联雷达芯片可以获取目标的多维信息,但是给信号采集、存储和处理带来了很大压力。本文设计了高速信号处理板与级联雷达芯片构成一套完整的毫米波多发多收(MIMO)成像系统。该系统为稀疏阵面,采用时分多址(TDMA)模式,使得系统兼具2个维度的高分辨率以及空间分辨能力,并且系统内部采用高速串行计算机扩展总线标准(PCI-Express),外部采用Thunderbolt3接口,均具备很高的通道传输速率,支持对目标区域进行实时成像。使用该系统可以从高分辨成像结果中提取有效的电磁特征,以更好地使用毫米波区分不同电磁特性的目标。最后,采用此系统开展点目标和复杂目标的成像试验,成像结果充分验证了该毫米波雷达可以有效测量不同类型目标的电磁特征,对不同电磁特性的目标具备一定的分辨能力及快速成像能力。

基于稀疏矩阵填充的级联毫米波雷达高分辨测角方法

级联毫米波雷达将多个射频芯片进行级联,可实现大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)天线阵列。然而,现有毫米波雷达的测角方法存在精确度不足、旁瓣过高等问题。对此,提出一种基于稀疏矩阵填充的级联毫米波雷达高分辨测角方法。首先,建立级联毫米波雷达二维稀疏阵列的阵列信号模型。然后,将该阵列的单快拍信号构造为低秩汉克尔(Hankel)矩阵,使用加权非精确增广拉格朗日乘子法进行稀疏矩阵填充,并将填充后的矩阵转化为均匀虚拟阵列的单快拍信号。最后,使用常规波束形成(conventional beamforming,CBF)方法估计目标角度信息并进行配对。仿真和实测实验结果表明,所提方法能够精确地估计目标角度信息,并有效抑制峰值旁瓣电平。