(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111411489.8 (22)申请日 2021.11.25 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 (72)发明人 王晶阳　杨健　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 代理人 花丽 (51)Int.Cl. H01Q 21/00(2006.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 17/14(2006.01) G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 二维稀疏天线阵列设计方法、 装置、 设备及 介质 (57)摘要 本申请涉及MIMO雷达技术领域， 特别涉及一 种二维稀疏天线阵列设计方法、 装置、 设备及介 质， 其中， 方法包括： 建立接收阵元位置估计模 型， 生成第一最优化问题； 建立发射阵元位置估 计模型， 生成第二最优化问题； 基于接收阵元位 置估计模型和发射阵元位置估计模型进行优化 求解， 生成满足低旁瓣条件的二维MIMO稀疏阵列 最优设计方案。 由此， 能够在保证三维分辨率性 能不损失的基础上， 给出具有更低旁瓣水平的二 维稀疏天线阵列设计方案， 很 大程度上减少MIMO 雷达成像结果中的伪影现象。 权利要求书3页 说明书13页 附图5页 CN 113937513 A 2022.01.14 CN 113937513 A 1.一种二维稀疏天线阵列设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 建立接收阵元位置估计模型， 生成第一 最优化问题； 建立发射阵元位置估计模型， 生成第二 最优化问题； 基于所述接收阵元位置估计模型和所述发射阵元位置估计模型进行优化求解， 生成满 足低旁瓣条件的二维MIMO稀疏阵列最优设计方案 。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述建立接收阵元位置估计模型， 包括： 根据预设的接收阵元数量建立Fermat ‑Fibonacci点列， 生成多个初始接收天线阵元位 置； 在每个初始接收天线阵元位置上， 添加局部极坐标系形式的位置偏移， 生成待优化接 收天线阵元位置； 将所述待优化接收天线阵元位置对应的二维待优化接收阵列在各个方向上进行投影， 得到一维投影阵列； 基于所述一维投影阵列， 以预设优化策略优化各个方向投影阵列孔径函数的FFT结果， 建立接收天线阵元位置的所述第一 最优化问题。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 所述建立发射阵元位置估计模型， 包括： 根据圆环+圆心的结构， 建立多个初始发射天线阵元位置； 在每个初始发射天线阵元位置的上， 添加全局极坐标系形式的位置偏移， 确定待优化 发射天线阵元位置； 将所述待优化发射天线阵元位置对应的待优化发射阵列的孔径函数和接收阵列的孔 径函数卷积处理得到待优化 等效阵列的孔径函数； 通过优化等效阵列各个方向投影阵列的孔径函数的FFT结果， 建立发射天线阵元位置 的所述第二 最优化问题。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述接收阵元位置估计模型和所 述发射阵元位置估计模型进行优化 求解， 包括： 利用加权和法将所述第一优化问题和所述第二优化问题转 化为单目标优化问题； 优化并求解转化后的单目标优化问题， 得到满足低旁瓣条件的二维MIMO稀疏阵列最优 设计方案 。 5.根据权利要求2或4所述的方法， 其特 征在于， 所述第一优化问题为： s.t.|ρR‑V|≤RR‑FF 其中， 为所述第一优化问题， ρR‑V和ΦR‑V分别为所有NR个待优化接收 阵元位置偏移在 局部坐标下的极径和极角构成的列向量， FR为所有Nφ个投影方向上的接收阵列优化目标函 数构成的列向量， fR,i(i＝1,2,L,Nφ)为第i个投影方向上接收阵列投影的FFT幅度谱， fR‑S为 理想均匀接收阵列投影的F FT幅度谱， RR‑FF为每个接收阵元位置偏移搜索域的半径。 6.根据权利要求3或4所述的方法， 其特 征在于， 所述第二优化问题为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113937513 A 2其中， 为所述第二优化问题， ρT‑V和ΦT‑V分别为所有NT个待优化发射阵元位置偏移在 全局坐标下的极径和极角构成的列向量， FEA为所有Nφ个投影方向上的等效阵列优化目标函 数构成的列向量， fEA,i(i＝1,2,L,Nφ)为第i个投影方向上等效阵列投影的FFT幅度谱， fEA‑S 为理想均匀等效阵列投影的F FT幅度谱， RT‑CC为每个发射阵元位置 搜索域的半径。 7.一种二维稀疏天线阵列设计装置， 其特 征在于， 包括： 第一生成模块， 用于建立接收阵元位置估计模型， 生成第一 最优化问题； 第二生成模块， 用于建立发射阵元位置估计模型， 生成第二 最优化问题； 第三生成模块， 用于基于所述接收阵元位置估计模型和所述发射阵元位置估计模型进 行优化求解， 生成满足低旁瓣条件的二维MIMO稀疏阵列最优设计方案 。 8.根据权利要求7 所述的装置， 其特 征在于， 所述第一 生成模块， 具体用于： 根据预设的接收阵元数量建立Fermat ‑Fibonacci点列， 生成多个初始接收天线阵元位 置； 在每个初始接收天线阵元位置上， 添加局部极坐标系形式的位置偏移， 生成待优化接 收天线阵元位置； 将所述待优化接收天线阵元位置对应的二维待优化接收阵列在各个方向上进行投影， 得到一维投影阵列； 基于所述一维投影阵列， 以预设优化策略优化各个方向投影阵列孔径函数的FFT结果， 建立接收天线阵元位置的所述第一 最优化问题。 9.根据权利要求8所述的装置， 其特 征在于， 所述第二 生成模块， 具体用于： 根据圆环+圆心的结构， 建立多个初始发射天线阵元位置； 在每个初始发射天线阵元位置的上， 添加全局极坐标系形式的位置偏移， 确定待优化 发射天线阵元位置； 将所述待优化发射天线阵元位置对应的待优化发射阵列的孔径函数和接收阵列的孔 径函数卷积处理得到待优化 等效阵列的孔径函数； 通过优化等效阵列各个方向投影阵列的孔径函数的FFT结果， 建立发射天线阵元位置 的所述第二 最优化问题。 10.根据权利要求9所述的装置， 其特 征在于， 所述第三 生成模块， 具体用于： 利用加权和法将所述第一优化问题和所述第二优化问题转 化为单目标优化问题； 优化并求解转化后的单目标优化问题， 得到满足低旁瓣条件的二维MIMO稀疏阵列最优 设计方案 。 11.根据权利要求8或10所述的装置， 其特 征在于， 所述第一优化问题为： s.t.|ρR‑V|≤RR‑FF权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113937513 A 3