這一期加餐聚焦于雷達布局設計。

基本的，我們需要考慮3條原則：確定方位及俯仰功能（功能層面）；確定方位及俯仰孔徑（性能層面）；方位及俯仰無模糊；

功能層面得按功能定義，如果雷達需要俯仰維度，那布局設計中需要考慮用于俯仰測角的陣元。定義好功能，也就是確定雷達在角度維能干什么，是只能測方位角還是方位俯仰一鍋端。確定好能干什么之后，下面就要考慮能不能干好的問題，也就是關注方位和俯仰的性能，那最佳的狀態就是：理論上±90度范圍內無模糊測角，且在該范圍內獲得方位及俯仰盡可能高的分辨率及精度。當然，這是美好的期望狀態，實際工程中幾乎是達不到的，不過也沒必要達到，因為在車載領域，我們還有一些不錯的合理假設幫我們做取舍，

方位角的性能重要程度要高于俯仰角；

俯仰角通常具有遠小于方位角的FoV；

對于第1條假設，給我們的啟示是，我們可以偏心得講更多的陣元資源（甚至全部陣列資源）導向方位維度，俯仰維度不愿意不開心也莫得辦法。對于第2條假設，給我們的啟示是，俯仰維度可能容忍一定的角度模糊度，這樣，我們可以在俯仰維度可以設計更高的垂直孔徑，從而在相當有限的俯仰陣列資源下獲得更高的俯仰估計性能。基于3條原則，2條假設，我們由淺入深看一些有意思的例子，看看實際工程中大家是如何思考問題的。

▲ 3T4R 基礎布局

 如圖所示，對于3TX4RX的情況，給出了兩種基礎布局。先看右邊的布局，這是狠心拋棄俯仰，全部押注方位的下場，并且，天線布局中天線間隔為二分之一波長，也不用擔心模糊問題。可以說，這是最普遍的，最經典也是最基礎的3TX4RX布局。左邊的圖是引入了俯仰，也即是將其中一根發射天線用于俯仰，使得方位角性能瞬間打回2TX4RX狀態，俯仰獲得了兩個陣元，能夠進行Monopulse 俯仰估計，坦率講，這兩個陣元也是捉襟見肘，不過有總比沒有好啊。這兩種經典布局目前是最普遍的，用的也是最多的，而且性能是比較穩定的，算法上的要求也不高，但是如前所述，這是基礎布局，還有提升空間，比如在收發陣列數目不變的條件下，進一步提高陣列孔徑，獲得更高的方位及俯仰估計性能。

你是不是經常看到Continental, BOSCH，Hella等等大廠的雷達有各種3TX4RX的奇怪布局，那些唬人的布局都是在2條假設下，更好的貫徹那3條設計原則。下面跟隨我的腳步看看大廠又有哪些騷操作。
需要指出哈，以下評述的所有策略及方法僅供學習參考，并不代表大廠的最終實際產品算法部署。

Hella SRR這是Hella最新的SRR，77GHz，NXP的前端，不過Hella配置為2TX4RX，布局很有意思，物理布局以及虛擬陣列布局示意圖如下，

▲ Hella SRR Antenna Layout

 右下角是等效天線布局，其中“x”位置為陣元缺失位置，乍一看有點摸不著頭腦，這都是啥？稀疏陣列？稀疏面陣？別慌，在2條假設的前提下，這都可以用3條原則解釋。

顯然，Hella的這個布局包含方位及俯仰感知；水平孔徑有9個單位，垂直孔徑有3個單位；水平孔徑陣元間隔大于半波長，可能需要解角度模糊；

按照2TX4RX的經典布局，最多只能獲得8個單位的方位孔徑，沒有俯仰，那Hella的亮點在于在俯仰上盡然安排了3個陣元，這是3TX4RX都不敢想的，好奢侈，不過這是有代價的，代價有兩點，

水平雖然孔徑為9個單位，但是陣列稀疏，需要特殊DoA算法配合；垂直陣列并不在一條垂直線上，需要方位去耦；

▲ Hella SRR Beamformer

上述特殊的DoA算法不止一種，這里給出其中一種我的思考。這是一種多波束賦形策略，如上圖，配合Beamformer 1-4，就能夠得到方位及俯仰高精度估計。其中Beamformer 1是孔徑最大，角度估計精度最高，不過角度模糊，需要解模糊。其中Beamformer 2是可以用來測俯仰角，也可以用來降低Beamformer1的角度模糊數。Beamformer 3垂直測量俯仰角（方位補償后）。Beamformer 4用來解方位模糊。

小結，Hella的這個布局還是很有意思的，在2TX4RX條件下，保證方位估計精度（9個單位）條件下，俯仰維度竟然有3個陣元，amazing，不過話說回來這種方式對SNR要求會高一些。

Veoneer SRR

veonner的SRR，77GHz，3TX4RX，陣元物理布局以及虛擬陣列如下圖。

▲ veoneer SRR Antenna Layout

 同樣的，顯然，這個布局包含方位及俯仰感知；水平孔徑有13個單位，垂直孔徑有2個單位；水平孔徑陣元間隔大于半波長，可能需要解角度模糊；

▲ veonner SRR Beamformer

 veoneer這個布局分析和hella的差不多，我給出的一種DoA策略如上圖所示，亮點在于能夠獲得經典3TX4RX的同等方位估計精度條件下，獲得俯仰角估計。雖然俯仰只有兩個陣元，不過還不錯，總比沒有好。

Continental MRR

Continental MRR，77GHz，3TX4RX，陣元物理布局以及虛擬陣列如下圖。

▲ Continental MRR Antenna Layout

同樣的，顯然，這個布局包含方位及俯仰感知；水平孔徑有31個單位，垂直孔徑有2個單位；水平孔徑陣元間隔大于半波長，需要解角度模糊；Conti的這個布局也很精妙，首先方位水平孔徑相當大，好處當然是獲得較高的方位估計精度及分辨率，但是模糊度很高，必須有解模糊策略。俯仰中規中矩，2個陣元。

▲ Continental MRR Beamformer 

同樣的，我給出的一種DoA策略如上圖所示，從上至下，依次是Beamformer 1,2,3。Beamformer1用于獲得方位角度的模糊估計，Beamformer2用于測俯仰角，Beamformer3用于解方位角模糊。 

可能你也注意到了，大廠的陣列基本都是稀疏的，目的都是為了提高角度估計精度，稀疏有稀疏的代價，但是都是可以通過合適的DoA策略加以解決，所以總的來講，這樣的代價很值得，能夠在有限的資源下，挖掘更多潛能。另外需要注意的是，如前所述，大廠的這些布局方式無一例外都需要高信噪比做支撐，至少比經典布局有著更高的信噪比要求，這就要求硬件達到達到相當水平，這不正是這些大廠擅長的嗎，你看，博世大陸雷達為什么好，這也是一個點。真是環環相扣，任重道遠啊。這些大廠的布局設計真的有很多思考在其中，很值得深挖。我也只是拋磚引玉罷了，這些都是藝術品了，得多看多想幾遍，有能力的，給出一些數學上的支撐，那就更好了。

 想必也看到了，這期是單芯片雷達，主要是3TX4RX，主要針對的也是傳統的4D雷達（注意，不是4D成像雷達），4D成像雷達的布局將更加復雜，但萬變不離其宗，始終還是圍繞那3條原則來的，我幾乎可以肯定你們在期待4D成像雷達的布局分析，隨機留到下次吧。