МИМО-радар

В системе MIMO сигналы передачи от отдельных передатчиков различны. В результате эхо-сигналы могут быть переназначены на источник. Это дает увеличенную виртуальную апертуру приема.

Радар с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO) представляет собой расширение традиционной радиолокационной системы с использованием нескольких входов и нескольких выходов (антенн), аналогично MIMO , используемым для увеличения пропускной способности радиоканала методам . ^[1] ^[2] MIMO-радар — это усовершенствованный тип радара с фазированной решеткой, в котором используются цифровые приемники и генераторы сигналов, распределенные по апертуре . Радиолокационные сигналы MIMO распространяются аналогично мультистатическому радару . Однако вместо распределения элементов радара по зоне наблюдения антенны располагаются близко, чтобы получить лучшее пространственное разрешение, доплеровское разрешение и динамический диапазон. ^[3] MIMO-радар также может использоваться для получения радиолокационных свойств с низкой вероятностью перехвата. ^[4]

В традиционной системе с фазированной решеткой для улучшения пространственного разрешения необходимы дополнительные антенны и соответствующее оборудование. Радиолокационные системы MIMO передают взаимно ортогональные сигналы от нескольких передающих антенн, и эти сигналы могут быть извлечены из каждой приемной антенны с помощью набора согласованных фильтров. Например, если радиолокационная система MIMO имеет 3 передающие антенны и 4 приемные антенны, из приемника можно извлечь 12 сигналов из-за ортогональности передаваемых сигналов. То есть 12-элементная виртуальная антенная решетка создается с использованием всего 7 антенн путем проведения цифровой обработки полученных сигналов, тем самым получая более точное пространственное разрешение по сравнению с ее аналогом с фазированной решеткой.

Понятие виртуального массива

На рисунке показана радиолокационная система M-by-N MIMO. Предположим, что цель находится в точке u , $\scriptstyle m^{th}$ передающая антенна расположена в $\scriptstyle x_{T,m}$ и $\scriptstyle n^{th}$ приемная антенна расположена в $\scriptstyle x_{R,n}$ . Принятый сигнал на $\scriptstyle n^{th}$ приемная антенна может быть выражена как:

y_{n}(t)=\sum _{m=1}^{M}x_{m}(t)e^{j{\frac {2\pi }{\lambda }}u^{T}(x_{T,m}+x_{R,n})}

Как упоминалось ранее, если { $\scriptstyle x_{m}(t)$ , m=1, ..., M} — ортогональный набор, мы можем извлечь M сигналов из $\scriptstyle n^{th}$ приемная антенна, каждая из которых содержит информацию об индивидуальном передающем тракте( $\scriptstyle u^{T}(x_{T,m}+x_{R,n})$ ).

Чтобы провести сравнение радаров с фазированной решеткой и радаров MIMO, взаимосвязь между передающими/приемными антенными решетками и виртуальными решетками обсуждается в нескольких источниках. ^[5]^[1]^[6] Если расположение передающей и приемной антенной решетки выражается как два вектора $\scriptstyle h_{T}$ и $\scriptstyle h_{R}$ соответственно вектор размещения виртуального массива равен свертке $\scriptstyle h_{T}$ и $\scriptstyle h_{R}$ :

h_{V}=h_{T}*h_{R}

На рисунке выше показаны примеры геометрии антенны для формирования виртуальной решетки. В первом примере две равномерно распределенные антенные решетки образуют виртуальную решетку из 5 элементов, несмотря на то, что всего антенн имеется 6. Во втором примере виртуальная решетка из девяти элементов получается за счет увеличения расстояния между передающими антеннами, что означает, что может быть достигнуто лучшее пространственное разрешение.

Чтобы оценить направление прибытия целей в соответствии с сигналами N*M, такие методы, как МУЗЫКА (алгоритм) и оценка максимального правдоподобия . обычно с хорошими результатами используются ^[7]^[8]

Ортогональные сигналы

В области радаров MIMO используется множество наборов ортогональных сигналов. Одним из предложенных наборов сигналов является спектрально перемежающийся сигнал с несколькими несущими , который представляет собой модифицированную версию сигнала мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов . ^[9] В этом подходе общее количество доступных поднесущих распределяется между различными передающими антеннами чередующимся образом.

Другой предлагаемый набор сигналов представляет собой ортогональный ЛЧМ- сигнал, который можно выразить как:

x_{m}(t)=\exp \left(2\pi j(f_{m,0}t+{\frac {1}{2}}kt^{2})\right)

Путем выбора разных начальных частот $\scriptstyle f_{m,0}$ , эти сигналы с ЛЧМ можно сделать ортогональными. ^[10]

Примечания

^ Перейти обратно: ^а ^б Блисс, Д.В.; Форсайт, К.В. (2003). «Радар и визуализация с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO): степени свободы и разрешение». Тридцать седьмая Асиломарская конференция по сигналам, системам и компьютерам, 2003 г. Пасифик Гроув, Калифорния, США: IEEE. стр. 54–59. дои : 10.1109/ACSSC.2003.1291865 . ISBN 9780780381049 . S2CID 60633689 .
^ Калкан, Йылмаз (2024). «20 лет MIMO-радарам» . Журнал IEEE Aerospace and Electronic Systems : 1–5. дои : 10.1109/MAES.2023.3349228 . ISSN 0885-8985 .
^ Рабидо, диджей (2003). «Вездесущий многофункциональный радар с цифровой антенной решеткой MIMO». Тридцать седьмая Асиломарская конференция по сигналам, системам и компьютерам, 2003 г. Том. 1. С. 1057–1064. дои : 10.1109/ACSSC.2003.1292087 . ISBN 978-0-7803-8104-9 . S2CID 60452716 .
^ Рабидо, диджей (2003). Вездесущий многофункциональный радар с цифровой решеткой MIMO ... и роль управления временем и энергией в радаре (PDF) . ОБОРОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР. Архивировано (PDF) из оригинала 3 декабря 2019 г.
^ Дж. Ли и П. Стойка (редакторы): ОБРАБОТКА РАДАРНЫХ СИГНАЛОВ MIMO. J Wiley&Sons, США, 2009 г.
^ К.В. Форсайт, Д.В. Блисс и Г.С. Фосетт. Радар с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO): проблемы с производительностью. Конференция по сигналам, системам и компьютерам, 1: 310–315, ноябрь 2004 г.
^ Гао, Синь и др. «О подходах к оценке угла бистатического MIMO-радара на основе МУЗЫКИ». Беспроводные сети и информационные системы, 2009. WNIS'09. Международная конференция о. ИИЭР, 2009.
^ Ли, Цзян и Петре Стойка . «Радар MIMO с совмещенными антеннами». Журнал обработки сигналов IEEE 24.5 (2007): 106–114.
^ Штурм, Кристиан и др. «Спектрально перемежающиеся сигналы с несколькими несущими для приложений радиолокационных сетей и радаров с несколькими входами и несколькими выходами». IET Радар, эхолот и навигация 7.3 (2013): 261-269.
^ Чен, Чун-Ян и П.П. Вайдьянатан. «Свойства неоднозначности радара MIMO и оптимизация с использованием сигналов со скачкообразной перестройкой частоты». Транзакции IEEE по обработке сигналов 56.12 (2008): 5926-5936.

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б Блисс, Д.В.; Форсайт, К.В. (2003). «Радар и визуализация с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO): степени свободы и разрешение». Тридцать седьмая Асиломарская конференция по сигналам, системам и компьютерам, 2003 г. Пасифик Гроув, Калифорния, США: IEEE. стр. 54–59. дои : 10.1109/ACSSC.2003.1291865 . ISBN 9780780381049 . S2CID 60633689 .

[2] Калкан, Йылмаз (2024). «20 лет MIMO-радарам» . Журнал IEEE Aerospace and Electronic Systems : 1–5. дои : 10.1109/MAES.2023.3349228 . ISSN 0885-8985 .

[3] Рабидо, диджей (2003). «Вездесущий многофункциональный радар с цифровой антенной решеткой MIMO». Тридцать седьмая Асиломарская конференция по сигналам, системам и компьютерам, 2003 г. Том. 1. С. 1057–1064. дои : 10.1109/ACSSC.2003.1292087 . ISBN 978-0-7803-8104-9 . S2CID 60452716 .

[4] Рабидо, диджей (2003). Вездесущий многофункциональный радар с цифровой решеткой MIMO ... и роль управления временем и энергией в радаре (PDF) . ОБОРОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР. Архивировано (PDF) из оригинала 3 декабря 2019 г.

[5] Дж. Ли и П. Стойка (редакторы): ОБРАБОТКА РАДАРНЫХ СИГНАЛОВ MIMO. J Wiley&Sons, США, 2009 г.

[6] К.В. Форсайт, Д.В. Блисс и Г.С. Фосетт. Радар с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO): проблемы с производительностью. Конференция по сигналам, системам и компьютерам, 1: 310–315, ноябрь 2004 г.

[7] Гао, Синь и др. «О подходах к оценке угла бистатического MIMO-радара на основе МУЗЫКИ». Беспроводные сети и информационные системы, 2009. WNIS'09. Международная конференция о. ИИЭР, 2009.

[8] Ли, Цзян и Петре Стойка . «Радар MIMO с совмещенными антеннами». Журнал обработки сигналов IEEE 24.5 (2007): 106–114.

[9] Штурм, Кристиан и др. «Спектрально перемежающиеся сигналы с несколькими несущими для приложений радиолокационных сетей и радаров с несколькими входами и несколькими выходами». IET Радар, эхолот и навигация 7.3 (2013): 261-269.

[10] Чен, Чун-Ян и П.П. Вайдьянатан. «Свойства неоднозначности радара MIMO и оптимизация с использованием сигналов со скачкообразной перестройкой частоты». Транзакции IEEE по обработке сигналов 56.12 (2008): 5926-5936.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]