Radar MIMO

W systemie MIMO sygnały nadawane przez poszczególne nadajniki różnią się między sobą. Dzięki temu sygnały echa można ponownie przypisać do źródła, co pozwala uzyskać powiększoną wirtualną aperturę odbiorczą.

Radar MIMO (ang. multiple-input multiple-output radar) – odmiana tradycyjnego radaru wykorzystująca wiele anten nadawczych i odbiorczych, podobnie jak techniki MIMO stosowane do zwiększania pojemności łącza radiowego[1][2]. Jest to zaawansowany typ radaru wykorzystujący szyk fazowany, cyfrowe odbiorniki i generatory przebiegów rozmieszczone w obrębie apertury antenowej[3][4]. Sygnały w radarze MIMO rozchodzą się podobnie jak w radarze wielostatycznym(inne języki), jednak zamiast rozstawiać elementy radaru na dużym obszarze obserwacji, anteny umieszcza się blisko siebie. Pozwala to poprawić rozdzielczość przestrzenną, rozdzielczość dopplerowską i zakres dynamiczny[3][4]. Radar MIMO może być również stosowany do uzyskania cech radaru o niskim prawdopodobieństwie wykrycia[5].

W tradycyjnym systemie z fazowanym układem antenowym poprawa rozdzielczości przestrzennej wymaga dodawania kolejnych anten i powiązanego z nimi osprzętu. W radarze MIMO wiele anten nadawczych emituje wzajemnie ortogonalne sygnały, a przebiegi te można rozdzielić w każdym kanale odbiorczym za pomocą zestawu filtrów dopasowanych(inne języki)[4][6]. Przykładowo, jeśli radar MIMO ma 3 anteny nadawcze i 4 anteny odbiorcze, to dzięki ortogonalności sygnałów nadawanych można z sygnału odbieranego wydzielić 12 torów sygnałowych. Oznacza to, że za pomocą cyfrowego przetwarzania sygnałów tworzony jest 12-elementowy wirtualny szyk antenowy, mimo że system wykorzystuje tylko 7 fizycznych anten. Dzięki temu można uzyskać wyższą rozdzielczość przestrzenną niż w odpowiadającym mu radarze z fazowanym układem antenowym[4][6].

Koncepcja wirtualnego szyku

Schemat wirtualnego szyku

Na ilustracji pokazano system radarowy MIMO typu M×N. Załóżmy, że cel znajduje się w punkcie u, antena nadawcza znajduje się w punkcie , a antena odbiorcza znajduje się w punkcie . Sygnał odebrany na antenie odbiorczej można zapisać jako[1][6]:

Jak wspomniano wcześniej, jeśli {, m=1, ..., M} jest zbiorem ortogonalnym, to z sygnału odebranego przez antenę odbiorczą można wydzielić M sygnałów. Każdy z nich zawiera informację o konkretnym torze nadawczo-odbiorczym ()[1][6].

W kilku źródłach omówiono zależność między nadawczym i odbiorczym szykiem antenowym a szykiem wirtualnym, co pozwala porównywać radary z fazowanym układem antenowym i radary MIMO[1][7]. Jeżeli rozmieszczenie nadawczego i odbiorczego szyku antenowego wyrazi się odpowiednio jako dwa wektory i , to wektor rozmieszczenia szyku wirtualnego jest równy splotowi i :

Przykłady geometrii anten tworzących wirtualny szyk

Powyższa ilustracja przedstawia przykłady geometrii anten tworzących wirtualny szyk. W pierwszym przykładzie dwa równomiernie rozmieszczone szyki antenowe tworzą 5-elementowy szyk wirtualny, mimo że łącznie mają 6 anten. W drugim przykładzie 9-elementowy szyk wirtualny uzyskuje się przez zwiększenie odległości między antenami nadawczymi, co oznacza możliwość osiągnięcia lepszej rozdzielczości przestrzennej[4][6].

Do estymacji kierunku nadejścia sygnału celów na podstawie sygnałów N×M powszechnie stosuje się, z dobrymi wynikami, metody takie jak MUSIC(inne języki) i metoda największej wiarygodności[8][4].

Sygnały ortogonalne

Regularny przydział podnośnych do generowania sygnałów ortogonalnych

W radarach MIMO stosuje się różne zbiory sygnałów ortogonalnych. Jednym z proponowanych rozwiązań jest wielonośny sygnał z przeplataniem widmowym, będący zmodyfikowaną wersją sygnału ortogonalnego zwielokrotnienia z podziałem częstotliwości[9]. W tym podejściu całkowita liczba dostępnych podnośnych jest rozdzielana między różne anteny nadawcze w sposób przeplatany[9].

Innym proponowanym zbiorem sygnałów są ortogonalne sygnały świergotowe, które można zapisać jako[10]:

Dobierając różne częstotliwości początkowe , można sprawić, że te przebiegi świergotowe będą względem siebie ortogonalne[10].

Przypisy

  1. ↑ a b c d D.W. Bliss, K.W. Forsythe, Multiple-input multiple-output (MIMO) radar and imaging: Degrees of freedom and resolution, t. 1, Conference Record of the Thirty-Seventh Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Pacific Grove, CA, USA 2003, s. 54–59, DOI: 10.1109/ACSSC.2003.1291865, ISBN 978-0-7803-8104-9 (ang.).
  2. ↑ Yılmaz Kalkan, 20 Years of MIMO Radar, „IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine”, 39 (3), 2024, s. 28–35, DOI: 10.1109/MAES.2023.3349228, ISSN 0885-8985 (ang.).
  3. ↑ a b D.J. Rabideau, P.A. Parker, Ubiquitous MIMO multifunction digital array radar, t. 1, Conference Record of the Thirty-Seventh Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 2003, s. 1057–1064, DOI: 10.1109/ACSSC.2003.1292087, ISBN 978-0-7803-8104-9 (ang.).
  4. ↑ a b c d e f Jian Li, Petre Stoica, MIMO radar with colocated antennas, „IEEE Signal Processing Magazine”, 24 (5), 2007, s. 106–114, DOI: 10.1109/MSP.2007.904812, ISSN 1053-5888 (ang.).
  5. ↑ D.J. Rabideau, Ubiquitous MIMO Multifunction Digital Array Radar ... and the Role of Time-Energy Management in Radar [online], Defense Technical Information Center, 2003 [dostęp 2026-03-17] [zarchiwizowane z adresu 2019-12-03] (ang.).
  6. ↑ a b c d e Jian Li, Petre Stoica, MIMO Radar Signal Processing, Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-0-470-17898-0 (ang.).
  7. ↑ K.W. Forsythe, D.W. Bliss, G.S. Fawcett, Multiple-input multiple-output (MIMO) radar: performance issues, t. 1, Conference Record of the Thirty-Eighth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Pacific Grove, CA, USA 2004, s. 310–315 (ang.).
  8. ↑ Xin Gao, Xiaofei Zhang, Gaopeng Feng, Ziqing Wang, Dazhuan Xu, On the MUSIC-derived Approaches of Angle Estimation for Bistatic MIMO Radar, 2009 International Conference on Wireless Networks and Information Systems, 2009, s. 343–346, DOI: 10.1109/WNIS.2009.25 (ang.).
  9. ↑ a b Christian Sturm, Yoke Leen Sit, Martin Braun, Thomas Zwick, Spectrally interleaved multi-carrier signals for radar network applications and multi-input multi-output radar, „IET Radar, Sonar & Navigation”, 7 (3), 2013, s. 261–269, DOI: 10.1049/iet-rsn.2012.0040 (ang.).
  10. ↑ a b Chun-Yang Chen, P.P. Vaidyanathan, MIMO radar ambiguity properties and optimization using frequency-hopping waveforms, „IEEE Transactions on Signal Processing”, 56 (12), 2008, s. 5926–5936, DOI: 10.1109/TSP.2008.929658, ISSN 1053-587X (ang.).

Content Disclaimer

Informasi ini disarikan dari Wikipedia dan disajikan kembali untuk tujuan edukasi. Konten tersedia di bawah lisensi CC BY-SA 3.0. Kami tidak bertanggung jawab atas ketidakakuratan data yang bersumber dari kontribusi publik tersebut.

  1. The information displayed on this website is sourced in part or in whole from Wikipedia and has been adapted for the purpose of restating it. We strive to provide accurate and relevant information, however:
  2. There is no guarantee of absolute accuracy. Wikipedia is an open, collaborative project that can be edited by anyone, so information is subject to change.
  3. It is not intended to constitute professional advice. The content displayed is for informational and educational purposes only. For important decisions (e.g., medical, legal, or financial), please consult a professional.
  4. Content copyright. Wikipedia is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License (CC BY-SA). This means that content may be reused with appropriate attribution and shared under a similar license.
  5. Responsible use. Any risk arising from the use of information from this website is entirely the responsibility of the user.
Kembali kehalaman sebelumnya