77-GHz MIMO FMCW雷达系统：提高角分辨率的新技术

"本文探讨了一种新型的77GHz频率调制连续波（FMCW）MIMO雷达系统，该系统利用非均匀稀疏天线阵列和多输入多输出（MIMO）技术提高角度分辨率。通过采用标准生产技术，实现了基于四通道单芯片雷达收发器和差分贴片天线阵列的原型传感器，并在现成的射频基板上实现。此外，为了证明其实用性，组装的系统在实际测量场景中进行了测试，并结合了有效的信号处理算法。关键词：阵列处理，FMCW雷达，雷达系统。" 在雷达系统领域，MIMO（多输入多输出）FMCW技术是一种创新的方法，用于提升目标检测和定位的性能。FMCW雷达利用连续波的频率变化来确定目标的距离、速度和角度信息。与传统的脉冲雷达相比，FMCW雷达具有较低的功耗、较高的距离分辨率和更简单的信号处理。 MIMO技术的应用在于创建多通道雷达系统，每个通道都有独立的发射和接收功能，从而能够同时从不同角度或不同的频率发送和接收信号。这种并行操作显著提高了雷达的角度分辨率，因为每个天线元素可以提供不同的角度信息。然而，提高角度分辨率的一个主要挑战是需要增加天线阵列的孔径，以减小角度模糊。这通常意味着需要更多的天线元素，导致硬件复杂度增加和数据量的爆炸式增长。 文章中提到的非均匀稀疏天线阵列是一种解决方法，它通过不规则地分布天线元素来优化阵列性能，同时减少所需的物理空间。这种方法可以在保持高分辨率的同时，降低硬件成本和数据处理的复杂性。 77GHz的频率选择对于毫米波雷达应用来说很常见，这个频段提供了足够的带宽来实现高分辨率测量，同时也符合许多汽车雷达和安全系统的法规要求。论文中的原型传感器展示了使用标准半导体工艺制造的单芯片收发器的可能性，这种收发器可以支持四个独立的通道，结合差分贴片天线阵列，能够在紧凑的空间内实现高性能的雷达系统。 在实际应用中，该系统经过了真实环境的测试，证明了其在处理大量数据和执行高效信号处理算法时的有效性和实用性。这些算法可能包括快速傅里叶变换（FFT）来解码接收到的信号，以及相关和滤波技术来分离和定位多个目标。 MIMO FMCW技术的研究旨在克服传统雷达系统在角度分辨率上的限制，通过创新的天线设计和信号处理策略，为雷达系统带来了更高的性能和更广泛的应用前景，特别是在自动驾驶、交通监控和工业自动化等领域。