Radar MIMO

W systemie MIMO nadawane sygnały z pojedynczych nadajników są różne. W rezultacie sygnały echa mogą zostać ponownie przypisane do źródła. Daje to powiększoną wirtualną aperturę odbiorczą.

Radar z wieloma wejściami i wieloma wyjściami (MIMO) to zaawansowany typ radaru z układem fazowym, wykorzystujący odbiorniki cyfrowe i generatory przebiegów rozmieszczone w aperturze . Sygnały radarowe MIMO rozchodzą się w sposób podobny do radaru multistatycznego . Jednak zamiast rozprowadzać elementy radaru po całym obszarze obserwacji, anteny są rozmieszczone blisko siebie, aby uzyskać lepszą rozdzielczość przestrzenną, rozdzielczość Dopplera i zakres dynamiczny. Radar MIMO może być również wykorzystany do uzyskania radaru o niskim prawdopodobieństwie przechwycenia .

W tradycyjnym systemie fazowym potrzebne są dodatkowe anteny i powiązany sprzęt, aby poprawić rozdzielczość przestrzenną. Systemy radarowe MIMO przesyłają wzajemnie ortogonalne sygnały z wielu anten nadawczych, a te kształty fal można wyodrębnić z każdej z anten odbiorczych za pomocą zestawu dopasowanych filtrów. Na przykład, jeśli system radarowy MIMO ma 3 anteny nadawcze i 4 anteny odbiorcze, z odbiornika można wydobyć 12 sygnałów ze względu na ortogonalność przesyłanych sygnałów. Oznacza to, że 12-elementowa wirtualna macierz antenowa jest tworzona przy użyciu tylko 7 anten poprzez cyfrowe przetwarzanie sygnału na odbieranych sygnałach, uzyskując w ten sposób lepszą rozdzielczość przestrzenną w porównaniu z jego odpowiednikiem z układem fazowym.

Pojęcie wirtualnej tablicy

Scenariusz analizy macierzy wirtualnej

Zdjęcie przedstawia system radarowy M-by-N MIMO. $u$$że$ cel znajduje się w antena nadawcza się i ${\ displaystyle \ scriptstyle n ^ {th}}$ antena odbiorcza znajduje się w ${\ displaystyle \ scriptstyle x_ {R, n}}$ . Odebrany sygnał w ${\ displaystyle \ scriptstyle n ^ {th}}$ antenę odbiorczą można wyrazić jako:

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

$1 ,$ , jeśli , $... ,$ , możemy wyodrębnić M sygnałów z $\ displaystyle \ scriptstyle n ^ {th}}$ antena odbiorcza, z których każda zawiera informacje o indywidualnej ścieżce nadawczej ( ${\ Displaystyle \ scriptstyle u ^ {T} (x_ {T,m}+x_{R,n})}$ ).

Aby dokonać porównania między radarami z układem fazowym a radarami MIMO, w kilku źródłach omówiono związek między układami anten nadawczych / odbiorczych a układami wirtualnymi. $h_ {T}}$ rozmieszczenie anten nadawczych i odbiorczych jest wyrażone odpowiednio jako dwa wektory i odpowiednio , wektor rozmieszczenia wirtualnej tablicy to ${\ displaystyle \$ równy splotowi ${\ displaystyle \ scriptstyle h_ {T}}$ i ${\ Displaystyle \ scriptstyle h_ {R}}$ :

${\ Displaystyle h_ {V} = h_ {T} * h_ {R}}$

Przykłady geometrii anteny do tworzenia wirtualnej macierzy

Zdjęcie powyżej pokazuje przykłady geometrii anteny tworzącej wirtualną macierz. W pierwszym przykładzie dwa równomiernie rozłożone układy anten tworzą 5-elementowy wirtualny układ, mimo że łącznie ma 6 anten. W drugim przykładzie dziewięcioelementowa wirtualna macierz jest uzyskiwana poprzez zwiększenie odległości między antenami nadawczymi, co oznacza, że ​​można uzyskać lepszą rozdzielczość przestrzenną.

Aby oszacować kierunek nadejścia celów na podstawie sygnałów N*M, z dobrymi wynikami powszechnie stosuje się metody takie jak MUZYKA (algorytm) i szacowanie maksymalnego prawdopodobieństwa .

Sygnały ortogonalne

Regularne przypisywanie podnośnych do generowania sygnałów ortogonalnych

Istnieje wiele ortogonalnych zestawów sygnałów stosowanych w dziedzinie radaru MIMO. Jednym z proponowanych zestawów sygnałów jest widmowo przeplatany sygnał wielonośnej , który jest zmodyfikowaną wersją sygnału multipleksowania z ortogonalnym podziałem częstotliwości . W tym podejściu całkowita ilość dostępnych podnośnych jest rozdzielana pomiędzy różne anteny nadawcze w sposób z przeplotem.

Innym proponowanym zestawem sygnałów jest ortogonalny sygnał chirp , który można wyrazić jako:

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

Wybierając różne początkowe częstotliwości $.$ ćwierkania można ustawić ortogonalnie