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CN114488136A - 多输入多输出成像雷达系统 - Google Patents

多输入多输出成像雷达系统 Download PDF

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CN114488136A
CN114488136A CN202111332761.3A CN202111332761A CN114488136A CN 114488136 A CN114488136 A CN 114488136A CN 202111332761 A CN202111332761 A CN 202111332761A CN 114488136 A CN114488136 A CN 114488136A
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CN
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eri
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radiating element
steering
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CN202111332761.3A
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尤安·韦拉克
帕斯卡·科尔尼克
雷南·勒·格尔
冈萨格·贝尔廷·德·拉·豪蒂埃
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Abstract

本发明涉及一种MIMO成像雷达系统，包括：‑发射信道(Ve1、VeM)；‑接收信道；(Vr1、VrN)；‑形成二维天线阵列的共置辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN)，每个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN)具有预定的瞬时覆盖域；每个辐射元件是通过在天线阵列的两个维度中的至少一个维度中分布的p个多的辐射子元件(SeElt1、SsEltp)形成的，雷达包括多个电子转向模块(MDe1、…、MDrN)，每个电子转向模块被连接到一个辐射元件，每个转向模块被配置为在给定辐射元件的所有辐射子元件(SeElt1、SsEltp)之间应用转向命令(Cmd)，转向命令(Cmd)从一个辐射元件到下一个辐射元件是相同的，以便在相同的方向上移动每个辐射元件的覆盖域。

Description

多输入多输出成像雷达系统
技术领域
本发明涉及MIMO成像雷达系统，涉及包括这样的系统的飞行器，并且涉及用于控制MIMO成像雷达系统的方法，MIMO是多输入多输出的首字母缩写。
背景技术
毫米波段成像雷达(频率介于30GHz和300GHz之间)如今允许在任何外部能见度条件下(诸如雪、雨、雾的恶劣天气条件，或者实际上在夜间)都生成飞行器的外部环境的图像，并且具有优于1度的角分辨率。
具体地，在着陆阶段，飞行员在跑道上尽可能多地获取实时信息(尺寸、边界、跑道上是否存在障碍物)非常重要。
允许在屏幕可见的情况下显示跑道图像的系统称为增强型飞行视觉系统(首字母缩写为EFVS)。
该信息显示在飞机上的屏幕上，或直接通过飞行员的头盔来显示给飞行员。
这些系统所需要的角分辨率必须远好于1度，并且它们的范围大于1千米。此外，为了补偿飞机姿态的突然变化，特别是在存在强侧风时的偏航(飞机纵向轴的偏离)，有必要覆盖几十度的较大角度范围。
在EFVS中采用两种主要类型的天线，即，机械扫描的天线和电子扫描的天线。
在机械扫描的天线中，生成相对于天线固定的雷达波束(有时被称为“笔形波束”)，然后机械定向以扫描所需域。文献“REVSTM:A Radar-Based Enhanced Vision Systemfor Degraded Visual Environments(用于退化的视觉环境的基于雷达的增强型视觉系统)”(Alex Brailovsky等人，SPIE，2014)提出了一种EFVS，它包括在毫米波段(94GHz)工作的机械扫描天线。
在该文献中提出的系统的性能满足EFVS的要求：最大范围是3千米，并且角分辨率是方位角0.5度，仰角1度(请参见所引用的文献的表1)。
然而，该系统基于移动机械构件，该移动机械构件频繁地引起可靠性方面的问题。此外，雷达的重复周期(扫描周期)在雷达图像的刷新率方面施加约束。
更一般地说，飞机制造商的当前总趋势是避免机械移动构件。
电子扫描的天线允许关于可靠性和刷新率的问题得以解决。
相控阵天线是第一类型的电子扫描的天线。它们被铺设有由(相对相移受到控制的)射频信号馈送的辐射元件。根据天线阵列中的相位梯度来定位波前。
这些天线能够产生快速扫描，但是它们需要相当大量的受控相位辐射元件以便实现良好的分辨率和较大的角度覆盖。此外，必须精确地控制这些相移，以便能够实现所有需要的指向方向。
这需要具有高分辨率的移相器，以及允许补偿技术分散和温度行为(以及适当的频率行为)的校准表。此外，这些移相命令必须非常快速，以便快速地覆盖扫描空间。
这些解决方案非常昂贵，并不适用于诸如EFVS的中等成本系统，这些系统旨在安装在任何类型的商用喷气式飞机或客机中。
用于以较低成本来实现具有良好角分辨率和较大覆盖的电子扫描的最普遍替代方案已知为MIMO阵列(MIMO是多输入多输出的首字母缩写)。
图1示意地示出二维MIMO天线阵列的示例(按照惯例，方位角对应于水平维度，仰角对应于垂直维度)。
在图1中，已经总共图示出j x k个辐射元件(或天线)。在连续波模式中，j x k个辐射元件中的每一个与一个发射信道相关联，或者与一个接收信道相关联。在脉冲模式中，j x k个辐射元件中的每一个与一个发射信道并且与一个接收信道相关联。在j x k个辐射元件中，M个辐射元件与一个发射信道相关联，N个辐射元件与一个接收信道相关联。
每个元件具有沿着方位轴的尺寸DA以及沿着俯仰轴的尺寸DE。完整天线阵列具有沿着方位轴的尺寸LA以及沿着俯仰轴的尺寸LE。
然后在数字域中重构由M x N个元件组成的虚拟MIMO阵列。
为了说明覆盖域和角分辨率的概念，可以参考图2，图2示出天线阵列形成的波束的天线增益作为方位角正弦的函数(相同的原理适用于俯仰轴)。
天线阵列的波束(实线)具有对应于角分辨率的宽度(为λ/LA或λ/LE，取决于所讨论的轴，其中λ对应于所使用的波长)。波束可以在由虚线所示的覆盖域中移动。
根据考虑方位轴还是俯仰轴，相对于λ/DA或λ/DE来限制覆盖域。
通过仔细地选择发射和接收阵列的几何结构，可以提高成像雷达系统的角分辨率，而无需向阵列添加其他辐射元件。关于虚拟网络，本领域技术人员例如可以参考文档https://www.mathworks.com/help/phased/ug/increasing-angular-resolution-with-mimo-radars.html。
因此，获取基于容易集成的片上组件的低成本雷达。
然而，该类型的系统的主要限制是由天线阵列常常是高度稀疏的事实引起的：在天线布局中有意地创建“间隙”(发射辐射元件之间的间距不同于接收辐射元件之间的间距，并且各个辐射元件之间的间距可能不规则并且大于波长)，这产生辐射方向图的不定性，但是将在数字部分中移除这些不定性。
使用稀疏天线将通过限制将被处理的信道的数量来简化在虚拟阵列的信道的数字合成中的计算。
然而，由于发射辐射元件的数量较少，MIMO阵列的稀疏特性意味着较低总增益。因此，典型地，对于雷达散射截面积(RCS)为几平方米的对象，获取大约100米的范围，这对于EFVS应用来说是不够的。
为了增加功率而使用全MIMO天线将导致非常多的信道在发射时被调制并且在接收时被数字化。于是虚拟阵列的信道的数字合成将在计算上变得极其昂贵，因此在机载应用中无法实现。
因此，本发明旨在以适中复杂度和成本来提供一种成像雷达，该成像雷达包括非移动构件，其具有良好的角分辨率和远距离，并且能够处理较大的角度覆盖。
发明内容
因此，本发明的一个主题是一种多输入多输出成像雷达系统，包括：
-多个发射信道；
-多个接收信道；
-形成二维天线阵列的多个共置辐射元件，每个辐射元件能够通过发射信道之一被馈电和/或能够对接收信道之一进行馈电，每个辐射元件具有预定的瞬时覆盖域；
每个辐射元件是通过分布在天线阵列的两个维度中的至少一个维度中的p个多的辐射子元件形成的，
雷达包括多个电子转向模块，每个电子转向模块被连接到一个辐射元件，每个转向模块被配置为在给定辐射元件的所有辐射子元件之间应用转向命令，转向命令从一个辐射元件到下一个辐射元件是相同的，以便在相同的方向上移动每个辐射元件的覆盖域。
有利地，每个电子转向模块包括：
-分配器或组合器，分别连接到发射信道或连接到接收信道，以及
-多个移相器，每个移相器连接到辐射元件的辐射子元件之一。
有利地，每个电子转向模块包括多个放大装置，每个放大装置被连接到一个辐射子元件。
有利地，转向命令包括在各个辐射子元件之间应用的相位梯度。
有利地，相位梯度对应于从以下值中选择的恒定角度差：0；±π/4、±π/2、±3π/4；±π。
有利地，辐射元件位于天线面板上，辐射元件占据天线面板的至少50％的面积。
有利地，以2D阵列的方位维度和俯仰维度来放置辐射子元件。
有利地，p＝2或4。
有利地，系统包括校准表，该校准表被配置为对于每个转向命令来补偿通过电子转向模块所产生的发射信道之间的和/或接收信道之间的转向误差。
有利地，系统被配置为在毫米波段中操作。
本发明的另一个主题是一种飞行器，包括诸如上述的系统，其中，该系统包括计算机，该计算机被配置为根据飞行器的航向和路线之间的差别来改变转向命令。
有利地，以介于10Hz和15Hz之间的频率来重新计算转向命令。
本发明的另一个主题是用于控制多输入多输出成像雷达系统的方法，该方法包括以下步骤：
-在多个发射信道上发射无线电信号；
-在来自目标的反射或反向散射之后在多个接收信道上接收雷达信号；
通过形成二维天线阵列的共置的一组辐射元件，发射信道和接收信道分别进行馈电和/或被馈电，以便获取用于每一个辐射元件的预定的瞬时覆盖域，
每个辐射元件是通过分布在天线阵列的两个维度中的至少一个维度中的p个多的辐射子元件形成的，该方法进一步包括以下步骤：
-在给定辐射元件的所有辐射子元件之间应用转向命令，该转向命令从一个辐射元件到下一个辐射元件是相同的，以便在相同的方向上移动每个辐射元件的瞬时覆盖域。
有利地，该方法包括校准步骤，在该校准步骤中实施以下子步骤：
-对于给定转向命令，测量辐射元件的覆盖域之间相对于每个辐射元件的理论移位扫描域的中心的相位误差和/或幅度误差；
-根据所测量的相位误差和/或幅度误差来确定校准系数；
-将校准系数存储在特定于转向命令的称作校准表的表中。
有利地，对于所有可能的转向命令并且对于多个工作温度值范围实施校准步骤。
附图说明
在阅读参考附图给出的说明书时，本发明的其他特征、细节和优势将变得明显，附图是通过示例方式给出的并且分别示出：
图1(已经被描述)示出在根据现有技术的MIMO雷达中使用的2D天线阵列；
图2(已经被描述)示出利用根据现有技术的雷达系统的辐射元件的覆盖域以及由完整天线所形成的精细波束；
图3示出根据本发明的处于连续波模式中的雷达系统的体系结构；
图4示出利用根据本发明的雷达系统的辐射元件的覆盖域以及由完整天线所形成的精细波束；
图5示出根据本发明的转向模块的详细视图；
图6示出根据转向命令的辐射元件的覆盖域；
图7A示出在没有侧风的情况下的视场和能视域；
图7B示出在有侧风的情况下，使用了根据本发明实施的系统的视场和能视域；
图8示出根据本发明的处于脉冲模式中雷达系统的体系结构；
图9示出在校准步骤之后的多个辐射元件的覆盖域。
具体实施方式
图3示出根据本发明的处于连续波模式中的雷达系统的体系结构。应当回顾，在连续波模式中，每一个辐射元件专门与一个发射信道或者与一个接收信道相关联。
根据本发明的雷达系统包括MIMO级EtMIMO，其包括多个发射信道(Ve1、…、VeM)和多个接收信道(Vr1、…、VrN)。
根据本发明的雷达系统包括多个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN)、每个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN)与一个发射信道(Ve1、…、VeM)相关联或与一个接收信道(Vr1、…、VrN)相关联。
每个发射信道具有能够向发射的雷达信号应用单独的标记(signature)的特征。存在用于获取这样的标记的许多方式，例如巴克码、DDMA编码(DDMA代表多普勒频分多址)、OFMD编码(OFMD代表正交频分复用，该编码允许以多个不同的子载波的形式使用正交频率)、振幅编码或者甚至极化编码。
在本发明的情境中，尤其可能使用相位编码，该相位编码允许在突发脉冲中在发射信道之间获取正交性。通过框DephMIMO来执行该编码。
发射信道的相位编码由用于控制发射信道的相位编码的组件COD来控制。组件COD可以放置在雷达系统的计算机CALC中。
由于每个接收信道中存在框NUM，接收信道(Vr1、…、VrN)本身具有对通过与之相关联的辐射元件接收的信号进行数字化的特征。应用数字移相。接下来，专用于计算波束形成的框FFC允许在所接收的信号的数字处理之后形成接收方向图。
以这种方式，获取的阵列是MIMO阵列，该阵列使得能够受益于与天线阵列尺寸(沿着方位轴或俯仰轴的λ/LA或λ/LE)相关联的角度分辨率，和通过一个辐射元件的方向图给出的瞬时覆盖域(沿着方位轴或俯仰轴的λ/DA或λ/DE)来重构雷达图像。
每个辐射元件被再划分为p个较小的子元件。电子转向模块(MDe1、MDeM、MDr1、MDrN)被插入在每个信道和辐射元件之间。
该模块允许将信号划分到p个路径，该p个路径的每个都经过受控相移，以及可选地经过功率放大。这些信号中的每一个然后对一个子元件(SeElt1、SsEltp)进行馈电。
如在图4中可见，将辐射元件再划分为可移相子元件，因此允许根据要观察的区域来调整MIMO覆盖的瞬时域，而不增加MIMO信道的数量和相关联的计算复杂度。
通过一个辐射子元件的尺寸的倒数来给出可进入的总体域的尺寸。
图5详细地示出电子转向模块和对应的辐射元件之间的连接。为了简化该表示，仅仅在一个维度中对辐射元件进行了再划分。
通过将辐射元件再划分为p个子元件，可进入的总体域是MIMO覆盖的瞬时域的p倍。
在图5的示例中，在方位维度中将辐射元件再划分为四个子元件(SsElt1、SsElt2、SsElt3、SsElt4)。因而，可进入的总体域是MIMO覆盖的瞬时域的四倍。
为了使天线阵列的所有辐射元件同时在相同的方向上移动它们的覆盖域，每个转向模块(MDe1、MDeM、MDr1、MDrN)有必要在给定辐射元件的所有辐射子元件之间应用一个转向命令Cmd，转向命令Cmd从一个辐射元件到下一个辐射元件是相同的。可以通过将转向控制框BLC接合到各个移相器的数据总线来传送转向命令Cmd。
通过雷达系统的计算机CALC(请参见图3)来生成转向命令Cmd。转向命令Cmd寻址到每个转向模块(例如图5中的MDe1)。
转向模块MDe1包括与存在的子元件(SsElt1、SsElt2、SsElt3、SsElt4)一样多的移相器(φ1、φ2、φ3、φ4)。
耦接到发射信道的每个转向模块包括分配器，耦接到接收信道的每个转向模块包括组合器，以便将信号分配/组合到p个路径。这些组件可容易地集成到本发明的情境中所针对的MMIC芯片(MMIC代表单片微波集成电路)中。
与AESA类型的有源相控阵天线(其需要以每个移相器的分辨率约为6到8比特位逐个地对移相器进行非常精细的调整)相反，移相器(φ1、φ2、φ3、φ4)不必具有高分辨率。在示例中，例如三个比特位的分辨率可以是足够的，其中步长是+/-π/4或更多(根据命令，是+/-π/2，或者+/-π)。
通过应用下表中的命令，可以在辐射子元件孔径中包含的八个不同方向上移动单一辐射方向图。这些命令利用非常简单的逻辑和极少量的的相位态，这使得这种解决方案便于集成。
有利地，在每个辐射元件的各个构成辐射子元件之间应用相位梯度。
移相器
Figure BDA0003349518690000071
(i介于1和4之间)的相移的值表示为Δψi：
命令 Δψ1 Δψ2 Δψ3 Δψ4
1 0 0 0 0
2 0 π/4 π/2 3π/4
3 0 π/2 π 3π/2
4 0 3π/4 -π/2 π/4
5 0 π 0 π
6 0 -3π/4 π/2 -π/4
7 0 -π/2 -π -3π/2
8 0 -π/4 -π/2 -3π/4
该表对应于使用四个移相器的方案。本领域技术人员将能够毫无困难地将该方案适用于不同数量的移相器。
图6示出根据应用的命令的辐射元件的辐射方向图的转向。天线的覆盖域截面积上示出为方位角θ的正弦的函数。
并没有示出与5号命令相对应的波瓣。在通过示例给出的移相器配置中，该命令产生4号命令的波瓣的“右”半波瓣以及6号命令的波瓣的“左”半波瓣，从而形成两个方向图之间的桥接。
因此，本发明允许在任何给定时间将毫米波MIMO雷达系统的视场进行转向。
如图7A和7B中所图示的，本发明允许雷达系统的能视域(FoR)变宽，图7A和7B分别示出没有侧风的情形以及存在侧风的情形。
在图7A中，在没有风时，飞机的速度矢量
Figure BDA0003349518690000081
被正确地定位在雷达的视场(FoV)中。通过电子转向，与由传感器可能获得的总面积相对应的能视域(FoR)变宽。
在图7B中，侧风引起蟹航，即，使得飞机像螃蟹那样(即，横向地)接近跑道。由于FoV以飞机的轴线为中心，雷达系统不再能覆盖跑道。
相反，根据本发明的雷达系统允许FoV相对于飞机机身的轴线(其航向)移动，以便尽管有侧风也使其与飞机的速度矢量
Figure BDA0003349518690000082
(其路线)一致。
为了补偿飞机的蟹航，可以设想以介于10Hz和15Hz之间的频率来刷新转向命令。
该频率允许获取飞行员感知的基于视觉暂留而具有良好质量的视频流，然而并不降低雷达系统的实时性能。
有利地，也可以使转向命令以预定频率周期地变化——因此可以扩大雷达系统的FoR。
(在两个维度中的一个维度中)使用每个辐射元件的两个或四个子元件尤其有利。
更具体地，将会回顾，通过λ/D给出辐射元件的覆盖域，即，波瓣的孔径，其中D是所讨论的维度中的辐射元件的范围。在毫米波段中，基于通常在天线面板上可用的空间，对于MIMO雷达而言，波瓣的孔径(即，视场)通常介于大约10度和大约20度之间。
通过将该值乘以2或4，从而获得对于EFVS应用设想到的足够大的能视域(FoR)。
将注意到，开始于图6中图示出的示例，可以添加与移相器相关联的一行辐射子元件，以获取俯仰上的转向。然后可以沿着两个轴执行各种转向操作，同时保留用于移相器的相同的分辨率。
俯仰命令然后引起行之间的附加的相移，这再次产生利用移相器的分辨率可访问的命令。
具体地，在图3中，构成每个辐射单元的子单元已显示在2D阵列中，在其中行和列与方位轴和俯仰轴一致的行和列来排列。
在2D阵列的方位维度中和俯仰维度中放置辐射子元件的事实，因此允许在方位方向和俯仰方向上移动每个辐射元件的覆盖域。
然而，转向命令Cmd与仅仅在一个方向上排列辐射子元件的情况相同。因此保留了移相器的低分辨率特征(例如，用于八个相位态的三个比特位)。
除了能视域必须足够大(其中p＝2或p＝4)的事实之外，将每个辐射元件限制为方位角方向上的四个子元件以及俯仰方向上的四个子元件还引起了实施约束。更具体地，在用于毫米波段的芯片中，基于芯片的可蚀刻特征厚度和尺寸，可设想出具有最多16个路径(4x4阵列的子元件)的分配器或组合器的设计。除此之外，信号路由也会出现问题。
有利地可以在每个电子转向模块MDe1中提供放大装置(PA1、PA2、PA3、PA4)。每个放大装置(PA1、PA2、PA3、PA4)与一个辐射子元件(SeElt1、SsElt2、SeElt3、SsElt4)相关联。
与发射信道相关联的电子转向模块包括由功率放大器(PA1、PAp)组成的放大装置，而与接收信道相关联的电子转向模块包括由低噪声放大器(LNA1、LNAp)组成的放大装置。
如果在雷达系统中使用的放大装置的数量乘以p，可以以分布式方式直接地将放大装置集成到转向模块的芯片中，而不经历热耗散问题(如果每个辐射元件的单个集中式放大装置被集成到芯片中，该热耗散问题将发生)。
惯常地用于毫米波段放大装置中的芯片典型地包括由硅锗构成的有源元件和衬底。因为涉及电流密度的物理限制，所以这些衬底无法承受如此大的集成放大器所散发的热量，集成放大器的尺寸使得雷达的范围约为一公里或更大。基于砷化镓或者甚至基于氮化镓的技术可以承受所需的功率，但是它们是昂贵的，并且在这样的技术中合并数字控制的移相器更加困难。
这就是现有技术的MIMO雷达系统具有大约100米的范围的理由之一。
通过放大装置的相乘，放大装置的功率组合到电磁场中，不组合到芯片上。因此可以获取更远的范围。
此外，放大装置的片上集成允许避免与非集成技术(例如谐振腔)的体积和高电功耗相关的缺点。
将注意到，接收端效果是类似的，以及，小尺寸的辐射子元件的紧邻区中的多个低噪声放大器(LNA)的组合允许最小化上游损耗，并且因此减小噪声系数，这具有提高雷达的灵敏度的效果。
对于获取用于在给定方向上将覆盖域转向的效果而言，放大装置的存在不是必要的。这例如是在近距离进行检测的情况。
在本发明的情境中，辐射元件的阵列不需要是全节距或规则节距，但是其将尽可能具有全节距的特征。例如，可以使得占据天线面板的辐射元件代表天线面板的至少50％的面积。尤其在空运领域中，该约束起因于获取具有低体积的长雷达范围的需要。
本发明也能够实施在脉冲波MIMO雷达系统中，的其中如图8中所图示，辐射子元件被连接到发射信道并且被连接到接收信道。
在图8中，已经示出了辐射元件ER1至ERi。每个辐射元件(ER1、ERi)可以被发射信道(Ve1、Vei)之一馈电并且可以对接收信道(Vr1、Vri)之一进行馈电。
例如，可以通过环行器或者通过用于在发射信道激活时保护接收信道的设备来实现子元件到发射信道以及到接收信道两者的这种连接。
本发明也涉及一种用于控制前述MIMO成像雷达系统的方法。
该方法有利地包括校准发射信道和接收信道的步骤。该步骤发生在可操作的成像步骤之前。
为了选择相移系数，计算机采用校准表TAB(在图3和8中图示出)，该校准表TAB允许将存在于发射和接收信道中的每一个上的相位移位，以便正确地形成波束并且获取所形成的每一个波束的绝对指向的精确估计。
更具体地，在电子转向模块中应用相移系数(其旨在转向MIMO的覆盖域)可能损害各个信道的校准。如果这些系数在每一个辐射子元件中不是精确的，则在每个信道中将由此产生相位和/或幅度误差。然后，转向的域中的MIMO波束的形成将被中断。
为了避免该缺陷，校准步骤实施以下子步骤。
如图9中所图示出的，在第一子步骤中，对于每个转向命令(例如前述表的八个命令之一)，测量每个移动的辐射元件方向图之间的误差。该测量对应于每个辐射元件相对于理论移位扫描域的中心的误差。
在第二子步骤中，通过补偿在先前子步骤中测量的相位误差和/或幅度误差来将辐射元件的方向图重新对准，这允许获取校准系数。
然后将这些校准系数存储在特定于所讨论的转向命令Cmd的校准表TAB中。在图3和8中，为了简化附图，在计算机CALC中示出了单个表。
该校准步骤尤其必须被实施，以便补偿集成到芯片中的移相器不包括集成的校正装置的事实。
针对所有可能的转向指令和多个工作温度值范围，重复校准过程。
通过计算机对误差进行补偿，以获得正确聚焦的天线。从辐射方向图的角度来看，这意味着辐射元件的转向方向图的包络能够容忍小的失真和差异。正是MIMO信道的相位调整使得精细波束的精确和重新聚焦形成成为可能。需要注意的是，由于电子转向模块都是相同的，并且在任何给定时间相移命令也是相同的，因此所有模块的预期误差基本上是相同的。
MIMO信道的相位调整发生在MIMO类型的任何体系结构中；因此没有必要修改计算机。
除温度校准表(其惯常地存在于MIMO雷达系统中，以便补偿温度漂移)之外，根据本发明的雷达系统因此还包括校准表以便校正转向。
根据本发明的雷达系统可以有利地位于飞行器上。可以设想以低成本使用为机动车辆应用而制造的雷达芯片，并将其与使用先进集成技术中的ASIC生产的电子转向模块相关联，其成本也受到集成功能(放大、低分辨率相移)简单性的限制。

Claims (15)

1.一种多输入多输出成像雷达系统，包括：
-多个发射信道(Ve1、VeM、Vei)；
-多个接收信道(Vr1、VrN、Vri)；
-形成二维天线阵列的多个共置辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)，每个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)能够通过所述发射信道(Ve1、VeM、Vei)之一被馈电和/或能够对所述接收信道(Vr1、VrN、Vri)之一进行馈电，每个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)具有预定的瞬时覆盖域；
其特征在于，通过在所述天线阵列的两个维度中的至少一个维度中分布的p个多的辐射子元件(SeElt1、SsEltp)来形成每个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)，
所述雷达包括多个电子转向模块(MDe1、…、MDrN、MDei、MDri)，每个电子转向模块(MDe1、…、MDrN、MDei、MDri)被连接到一个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)，每个转向模块(MDe1、MDeM、MDr1、MDrN、MDei、MDri)被配置为在给定辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)的所有辐射子元件(SeElt1、SsEltp)之间应用转向命令(Cmd)，所述转向命令(Cmd)从一个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)到下一个辐射元件是相同的，以便在相同的方向上移动每个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)的所述覆盖域。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，每个电子转向模块(MDe1、MDeM、MDr1、MDrN、MDei、MDri)包括：
-分配器或组合器，分别连接到所述发射信道(Ve1、VeM、Vei)或连接到所述接收信道(Vr1、VrN、Vri)，以及
-多个移相器
Figure FDA0003349518680000011
每个移相器
Figure FDA0003349518680000012
连接到所述辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)的所述辐射子元件(SeElt1、SsEltp)之一。
3.根据在先权利要求之一所述的系统，其中，每个电子转向模块包括多个放大装置(PA1、PAp、LNA1、LNAp)，每个放大装置(PA1、PAp、LNA1、LNAp)连接到一个辐射子元件(SeElt1、SsEltp)。
4.根据在先权利要求之一所述的系统，其中，所述转向命令(Cmd)包括在各个辐射子元件(SeElt1、SsEltp)之间应用的相位梯度。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述相位梯度对应于从以下值中选择的恒定角度差：0；±π/4、±π/2、±3π/4；±π。
6.根据在先权利要求之一所述的系统，其中，所述辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)位于天线面板上，所述辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)占据所述天线面板的至少50％的面积。
7.根据在先权利要求之一所述的系统，其中，所述辐射子元件(SeElt1、SsEltp)以所述2D阵列的所述方位维度和所述俯仰维度放置。
8.根据在先权利要求之一所述的系统，其中，p等于2或4。
9.根据在先权利要求之一所述的系统，包括校准表(TAB)，所述校准表(TAB)被配置为对于每个转向命令(Cmd)来补偿通过所述电子转向模块(MDe1、MDeM、MDr1、MDrN、MDei、MDri)所产生的所述发射信道(Ve1、VeM、Vei)之间的和/或所述接收信道(Vr1、VrN、Vri)之间的转向误差。
10.根据在先权利要求之一所述的系统，其被配置为在毫米波段中操作。
11.一种飞行器，包括根据在先权利要求之一所述的系统，其中，所述系统包括计算机(CALC)，所述计算机(CALC)被配置为根据所述飞行器的航向和路线之间的差别来改变所述转向命令。
12.根据权利要求11所述的飞行器，其中，以介于10Hz和15Hz之间的频率来重新计算所述转向命令。
13.一种用于控制多输入多输出成像雷达系统的方法，所述方法包括以下步骤：
-在多个发射信道(Ve1、VeM、Vei)上发射雷达信号；
-在来自目标的反射或反向散射之后，在多个接收信道(Vr1、VrN、Vri)上接收所述雷达信号；
通过形成二维天线阵列的共置的一组的辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)，所述发射信道(Ve1、VeM、Vei)和接收信道(Vr1、VrN、Vri)分别进行馈电和/或被馈电，以便获取用于每一个所述辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)的预定的瞬时覆盖域，
其特征在于，通过在所述天线阵列的两个维度中的至少一个维度中分布的p个多的辐射子元件(SeElt1、SsEltp)来形成每个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)，所述方法进一步包括以下步骤：
在给定辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN)的所有辐射子元件(SeElt1、SsEltp)之间应用转向命令(Cmd)，所述转向命令(Cmd)从一个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)到下一个辐射元件是相同的，以便在相同的方向上移动每个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)的所述瞬时覆盖域。
14.根据权利要求13所述的方法，包括校准步骤，在所述校准步骤中实施以下子步骤：
-对于给定转向命令(Cmd)，测量辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)的所述覆盖域之间相对于每个辐射元件(ERe1、EReM、ERr1、ERrN、ER1、ERi)的理论移位扫描域的中心的相位误差和/或幅度误差；
-根据所测量的相位误差和/或幅度误差来确定校准系数；
-将所述校准系数存储在特定于所述转向命令(Cmd)的称作校准表(TAB)的表中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，对于所有可能的转向命令(Cmd)并且对于多个工作温度值范围来实施所述校准步骤。
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