www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

MIMO Radarsysteme

Punktziel
Sendeantennen
Empfangs-
antennen
virtuelle Empfangsapertur

Bild 1: Prinzip eines MIMO-Radarsystems
Bei einem MIMO-Radarsystem sind die Sendesignale der Einzelstrahler unterschiedlich, können also der Quelle (dem Einzelstrahler) wieder zugeordnet werden. Daraus ergibt sich mathematisch eine vergrößerte virtuelle Empfangsapertur.

Punktziel
Sendeantennen
Empfangs-
antennen
virtuelle Empfangsapertur

Bild 1: Prinzip eines MIMO-Radarsystems
Bei einem MIMO-Radarsystem sind die Sendesignale der Einzelstrahler unterschiedlich, können also der Quelle (dem Einzelstrahler) wieder zugeordnet werden. Daraus ergibt sich mathematisch eine vergrößerte virtuelle Empfangsapertur.

Was bedeutet MIMO-Radar?

MIMO Radarsysteme

MIMO- Radarsystem ist ein neuartiges Radarverfahren, wobei MIMO für Multiple Input Multiple Output steht. Es ist ein System aus vielen Antennen. Jede Sendeantenne strahlt unabhängig von den anderen Sendeantennen ein beliebiges Sendesignal aus, welches von jeder Empfangsantenne empfangen werden kann, digitalisiert wird und dann einer gemeinsamen Radarsignalverarbeitung unterliegt. Aus einem Feld von N Sendeantennen und einem Feld von K Empfangsantennen entsteht rechnerisch ein virtuelles Feld von K·N Elementen mit einer stark vergrößerten virtuellen Apertur.

MIMO Radarsysteme können genutzt werden, um das räumliche Auflösungsvermögen zu verbessern und eine wesentlich verbesserte Immunität gegenüber Störungen zu erreichen. Mittels der Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses wird ebenfalls die Entdeckungswahrscheinlichkeit der Ziele erhöht.

Es gibt zwei unterschiedliche Aufbaumöglichkeiten:

“Mono-Static” MIMO

Bei der Aufbauart an einem Ort ähnelt das MIMO-Radarsystem einer Phased Array Antenne mit einem ausgedünnten Antennenfeld, bei der jeder einzelne Strahler ein eigenes Sende-Empfangsmodul und einen eigenen A/D-Wandler hat. Doch bei einer Phased Array Antenne sendet jeder Strahler nur eine (ggf. zeitversetzte) Kopie eines Sendesignals, das in einem zentralen Waveform Generator erzeugt wird. Bei einem MIMO-Radarsystem hat jeder Strahler auch einen eigenen Waveform Generator mit in der Folge einer individuellen Signalform. Diese individuelle Signalform ist auch die Grundlage für eine Zuordnung der Echosignale zu ihrer Quelle. Bei Vergleichen zwischen einem MIMO-Radarsystem und einer solchen Phased Array Antenne wird diese oft als SIMO (Single Input Multiple Output) dargestellt.

Für eine effektivere Radarsignalverarbeitung kann dann jedes einzelnes Sendesignal gezielt verändert werden (“adaptive Waveform”) mit dem Ziel, für jedes einzelne Ziel in der folgenden Abtastung das Signal/Rauschverhältnis (SNR) sowie das Verhältnis von Signal zu Störungen und Rauschen (“signal-to-interference-plus-noise ratio”, SINR) zu verbessern. Wenn die Erzeugung der jeweiligen Wave-Form in den Sendern synchron zueinander erfolgt, also ein synchronisierender Takt aus einem gemeinsamen „Muttergenerator“ zugrundeliegt, spricht man von einem kohärenten MIMO.

“Bi-Static” MIMO

Bei der weitläufig verteilten Anordnung der Antennen ist die Radardatenverarbeitung sehr viel komplexer. Im Gegensatz zum “Mono-Static” MIMO sieht jede einzelne Radarantenne das Ziel aus einem anderen Aspektwinkel. Das Ziel hat also für jede Radarantenne eine andere effektive Reflexionsfläche. Das erfordert für die Radardatenverarbeitung sehr viel komplexere Zielmodelle.

Literatur: