WikiDer > MIMO радар - Википедия

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

Радар с множеством входов и множеством выходов (MIMO) это продвинутый тип радар с фазированной антенной решеткой с использованием цифровых приемников и генераторов сигналов, распределенных по апертуре. Радиолокационные сигналы MIMO распространяются аналогично мультистатический радар. 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.^[1] MIMO-радар также может использоваться для получения радиолокатор малой вероятности перехвата характеристики.^[2]

В традиционном фазированная решетка Для улучшения пространственного разрешения необходимы дополнительные антенны и соответствующее оборудование. 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 12-элементный виртуальная антенная решетка создается с использованием всего 7 антенн путем проведения цифровая обработка сигналов на полученные сигналы, тем самым получая более точное пространственное разрешение по сравнению с его аналогом с фазированной решеткой.

Концепция виртуального массива

Сценарий анализа виртуального массива

На картинке показана радарная система MIMO M-by-N. Предположим, что цель находится в ты, то ${ displaystyle scriptstyle m ^ {th}}$ передающая антенна расположена в ${ displaystyle scriptstyle x_ {T, m}}$ и ${ displaystyle scriptstyle n ^ {th}}$ приемная антенна расположена в ${ displaystyle scriptstyle x_ {R, n}}$. Полученный сигнал на ${ displaystyle scriptstyle n ^ {th}}$ приемная антенна может быть выражена как:

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

Как упоминалось ранее, если {${ displaystyle scriptstyle x_ {m} (t)}$, m = 1, ..., M} - ортогональный набор, мы можем извлечь M сигналов из ${ displaystyle scriptstyle n ^ {th}}$ приемная антенна, каждая из которых содержит информацию об отдельном тракте передачи (${ Displaystyle scriptstyle и ^ {T} (x_ {T, m} + x_ {R, n})}$).

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.^[3][4] Если размещение передающей и приемной антенных решеток выражается двумя векторами ${ displaystyle scriptstyle h_ {T}}$ и ${ displaystyle scriptstyle h_ {R}}$ соответственно, вектор размещения виртуального массива равен свертке ${ displaystyle scriptstyle h_ {T}}$ и ${ displaystyle scriptstyle h_ {R}}$:

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

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 в общей сложности имеется 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 по сигналам N * M, такие методы, как МУЗЫКА (алгоритм) и оценка максимального правдоподобия обычно используются с хорошими результатами.^[5][6]

Ортогональные сигналы

Назначение регулярных поднесущих для генерации ортогональных сигналов

Существует множество наборов ортогональных сигналов, используемых в радарах MIMO. Одним из предлагаемых наборов сигналов является спектрально перемежаемый сигнал с множеством несущих, который является модифицированной версией мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов сигнал.^[7] В этом подходе общее количество доступных поднесущих распределяется между разными передающими антеннами с перемежением.

Другой предлагаемый набор сигналов - ортогональный. щебетать сигнал, который можно выразить как:

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

Выбирая разные начальные частоты ${ displaystyle scriptstyle f_ {м, 0}}$, эти формы сигналов ЛЧМ-сигнала можно сделать ортогональными.^[8]

Примечания