MIMO радар

редактировать

В системе MIMO сигналы передачи от отдельных передатчиков различаются. В результате эхо-сигналы можно переназначить источнику. Это дает увеличенную виртуальную апертуру приема.

Радар с несколькими входами и выходами (MIMO) - это усовершенствованный тип радаров с фазированной антенной решеткой, в которых используются цифровые приемники и генераторы сигналов, распределенные по апертуре. Сигналы радара MIMO распространяются аналогично мультистатическому радару. Однако вместо того, чтобы распределять элементы радара по всей зоне наблюдения, антенны расположены близко друг к другу, чтобы получить лучшее пространственное разрешение, доплеровское разрешение и динамический диапазон. Радиолокатор MIMO также может использоваться для получения характеристик радиолокатора с низкой вероятностью перехвата.

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

Концепция виртуального массива

Сценарий анализа виртуального массива

На рисунке показана радиолокационная система MIMO M-by-N. Предположим, что цель расположена в u, передающая антенна расположена в, а приемная антенна расположена в. Принимаемый сигнал на приемной антенне можно выразить как: ${\ displaystyle \ scriptstyle m ^ {th}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle m ^ {th}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle x_ {T, m}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle x_ {T, m}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle n ^ {th}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle n ^ {th}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle x_ {R, n}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle x_ {R, n}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle n ^ {th}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle n ^ {th}}$

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

{\ displaystyle 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 {, m = 1,..., M} является ортогональным набором, мы можем извлечь M сигналов из приемной антенны, каждый из которых содержит информацию об отдельном передающем тракте (). ${\ displaystyle \ scriptstyle x_ {m} (t)}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle x_ {m} (t)}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle n ^ {th}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle n ^ {th}}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle и ^ {T} (x_ {T, m} + x_ {R, n})}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle и ^ {T} (x_ {T, m} + x_ {R, n})}$

Чтобы провести сравнение между радарами с фазированной антенной решеткой и радарами MIMO, взаимосвязь между передающими / приемными антенными решетками и виртуальными решетками обсуждается в нескольких источниках. Если размещение передающей и приемной антенных решеток выражается двумя векторами и, соответственно, вектор размещения виртуальной решетки равен свертке и: ${\ displaystyle \ scriptstyle h_ {T}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle h_ {T}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle h_ {R}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle h_ {R}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle h_ {T}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle h_ {T}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle h_ {R}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle h_ {R}}$

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

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

Примеры геометрии антенны для формирования виртуальной решетки

На рисунке выше показаны примеры геометрии антенны для формирования виртуального массива. В первом примере две равномерно распределенные антенные решетки образуют виртуальную решетку из 5 элементов, несмотря на то, что всего у них 6 антенн. Во втором примере виртуальный массив из девяти элементов получается путем увеличения расстояния между передающими антеннами, что подразумевает, что может быть достигнуто лучшее пространственное разрешение.

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

Ортогональные сигналы

Назначение регулярных поднесущих для генерации ортогональных сигналов

Существует множество наборов ортогональных сигналов, используемых в радарах MIMO. Один из предлагаемых наборов сигналов - это спектрально перемежающийся сигнал с множеством несущих, который представляет собой модифицированную версию сигнала мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов. В этом подходе общее количество доступных поднесущих распределяется между различными передающими антеннами с перемежением.

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

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

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

Путем выбора различных начальных частот эти формы сигналов ЛЧМ-сигнала можно сделать ортогональными. ${\ displaystyle \ scriptstyle f_ {м, 0}}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle f_ {м, 0}}$

Примечания