El radar de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) es un tipo avanzado de radar de matriz en fase que emplea receptores digitales y generadores de formas de onda distribuidos a través de la apertura . Las señales de radar MIMO se propagan de forma similar al radar multiestático . Sin embargo, en lugar de distribuir los elementos del radar por toda el área de vigilancia, las antenas están ubicadas cerca para obtener una mejor resolución espacial, resolución Doppler y rango dinámico. [1] El radar MIMO también se puede utilizar para obtener propiedades de radar de baja probabilidad de interceptación . [2]
En un sistema de arreglo en fase tradicional , se necesitan antenas adicionales y hardware relacionado para mejorar la resolución espacial. Los sistemas de radar MIMO transmiten señales mutuamente ortogonales desde múltiples antenas de transmisión, y estas formas de onda se pueden extraer de cada una de las antenas de recepción mediante un conjunto de filtros adaptados. Por ejemplo, si un sistema de radar MIMO tiene 3 antenas de transmisión y 4 antenas de recepción, se pueden extraer 12 señales del receptor debido a la ortogonalidad de las señales transmitidas. Es decir, se crea una matriz de antenas virtuales de 12 elementos utilizando solo 7 antenas al realizar el procesamiento de señales digitales en las señales recibidas, obteniendo así una resolución espacial más fina en comparación con su contraparte de matriz en fase.
El concepto de matriz virtual
La imagen muestra un sistema de radar MIMO M-by-N. Suponga que un objetivo está ubicado en u , el La antena de transmisión está ubicada en y el La antena receptora está ubicada en . La señal recibida en La antena receptora se puede expresar como:
Como se mencionó anteriormente, si {, m = 1, ..., M} es un conjunto ortogonal, podemos extraer M señales de antena receptora, cada una de las cuales contiene la información de una ruta de transmisión individual ().
Para hacer una comparación entre los radares de matriz en fase y los radares MIMO, la relación entre las matrices de antenas de transmisión / recepción y las matrices virtuales se analiza en varias fuentes. [3] [4] Si las ubicaciones del conjunto de antenas de transmisión y recepción se expresan como dos vectores y respectivamente, el vector de ubicación de la matriz virtual es igual a la convolución de y :
La imagen de arriba muestra los ejemplos de geometría de antena para formar una matriz virtual. En el primer ejemplo, dos conjuntos de antenas distribuidos uniformemente forman un conjunto virtual de 5 elementos a pesar de tener 6 antenas en total. En el segundo ejemplo, se obtiene una matriz virtual de nueve elementos aumentando la distancia entre las antenas transmisoras, lo que implica que se puede lograr una mejor resolución espacial.
Para estimar la dirección de llegada de los objetivos de acuerdo con las señales N * M, métodos como MUSIC (algoritmo) y la estimación de máxima verosimilitud se utilizan comúnmente con buenos resultados. [5] [6]
Señales ortogonales
Hay una variedad de conjuntos de señales ortogonales que se utilizan en el campo del radar MIMO. Uno de los conjuntos de señales propuestos es la señal multiportadora entrelazada espectralmente , que es una versión modificada de la señal de multiplexación por división de frecuencia ortogonal . [7] En este enfoque, la cantidad total de subportadoras disponibles se distribuye entre diferentes antenas de transmisión de forma intercalada.
Otro conjunto de señales propuesto es la señal chirp ortogonal , que se puede expresar como:
Al elegir diferentes frecuencias iniciales , estas formas de onda de chirrido se pueden hacer ortogonales. [8]
Notas
- ^ Rabideau, DJ (2003). "Radar de matriz digital multifunción MIMO ubicuo". La trigésimo séptima conferencia de Asilomar sobre señales, sistemas y computadoras . 1 : 1057–1064. doi : 10.1109 / ACSSC.2003.1292087 . ISBN 978-0-7803-8104-9.
- ^ Rabideau, DJ (2003). Radar de matriz digital multifunción MIMO ubicuo ... y el papel de la gestión del tiempo y la energía en el radar (PDF) . CENTRO DE INFORMACIÓN TÉCNICA DE DEFENSA.
- ^ Bienaventuranza, DW; Forsythe, KW (2003). "Radar e imágenes de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO): grados de libertad y resolución". La trigésimo séptima conferencia de Asilomar sobre señales, sistemas y computadoras, 2003 . Pacific Grove, CA, EE.UU .: IEEE: 54–59. doi : 10.1109 / ACSSC.2003.1291865 . ISBN 9780780381049.
- ^ KW Forsythe, DW Bliss y GS Fawcett. Radar de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO): problemas de rendimiento. Conferencia sobre señales, sistemas y computadoras, 1: 310–315, noviembre de 2004.
- ^ Gao, Xin y col. "Sobre los enfoques derivados de MUSIC de estimación de ángulos para radar biestático MIMO". Redes inalámbricas y sistemas de información, 2009. WNIS'09. Conferencia internacional sobre. IEEE, 2009.
- ^ Li, Jian y Petre Stoica. "Radar MIMO con antenas colocadas". Revista de procesamiento de señales IEEE 24.5 (2007): 106-114.
- ^ Sturm, Christian y col. "Señales multiportadora entrelazadas espectralmente para aplicaciones de red de radar y radar de múltiples entradas y múltiples salidas". Radar, sonda y navegación IET 7.3 (2013): 261-269.
- ^ Chen, Chun-Yang y PP Vaidyanathan. "Propiedades de ambigüedad del radar MIMO y optimización mediante formas de onda de salto de frecuencia". Transacciones IEEE sobre procesamiento de señales 56.12 (2008): 5926-5936.