Основи на радиолокацията

Радарна система MIMO

Радарната система MIMO (Multiple Input Multiple Output) е реализация на нов радарен метод. Тази система от множество предавателни и множество приемни антени. Всяка предавателна антена излъчва произволно оформен сигнал независимо от другите предавателни антени. Всяка приемна антена може да приема тези сигнали. Поради разликите във формата на сигналите всеки ехо-сигнал може да бъде свързан със съответния предавател. По този начин, въз основа на антенно поле от N предавателя и K приемника, чрез математическа обработка може да се получи виртуално поле от K·N елемента с увеличена апертура.

MIMO радарните системи могат да се използват за подобряване на пространствената разделителна способност, а също така осигуряват значително по-добра шумоустойчивост. По-доброто съотношение сигнал/шум увеличава вероятността за откриване на целта.

MIMO радарните системи могат да бъдат разделени на две категории:

• MIMO радари с антени, разположени една до друга (съвместно разположени, така наречените «моностатични» MIMO). При традиционните радарни системи целта е точкова.
• MIMO радари с широко раздалечени антени (така наречените «разпределени» или «бистатични» MIMO). Целта се наблюдава от всяка антена под различен ъгъл.

«Моностатичен» MIMO

В този случай предавателните антени са разположени достатъчно близо една до друга, така че ефективната площ на разсейване на целта, наблюдавана от различните елементи на предавателната антена, е една и съща. Такава система е подобна на рядка фазирана антенна решетка, при която всеки предавател има собствен приемо-предавателен модул и собствен аналогово-цифров преобразувател. При радарите с фазирана антенна решетка обаче всеки елемент излъчва копие (евентуално изместено във времето) на сензорния сигнал, който се генерира в централен генератор на сигнали. В MIMO радарната система всеки предавател има свой собствен генератор на сигнали с произволна форма, така че всеки предавател използва свой собствен индивидуален сигнал. Индивидуалната форма на вълната позволява ехо-сигналът да бъде съотнесен към източника, излъчващ сондиращия сигнал, който го е генерирал. В публикациите, в които се сравняват MIMO и фазирани антенни решетки, за последните често се използва съкращението SIMO (Single Input Multiple Output).

За по-ефективна обработка на радиолокационния сигнал всеки отделен предавателен сигнал може да бъде специално модифициран («адаптивна форма на вълната») с цел подобряване на съотношението сигнал-шум, както и на съотношението сигнал-смущения плюс-шум (”signal-to-interference-plus-noise ratio“, SINR) за всяка отделна цел при последващото вземане на проби. Ако генерирането на съответната форма на вълната в предавателите е синхронизирано помежду им, т.е. въз основа на синхронизиращ часовник от общ главен генератор, това се нарича кохерентна MIMO.

«Бистатична» MIMO

Когато антените са разпределени, обработката на радарните данни е много по-сложна. За разлика от «моностатичния» MIMO, всяка радарна антена наблюдава целта под различен ъгъл. Следователно за всяка антена ефективната площ на разсейване на целта ще бъде различна. Този факт изисква много по-сложни модели на целите за обработка на радарните данни.