mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2025-13-3-73-83XDZDDHmireabulletin-1179Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSОб эквивалентности характеристик и «зеркальности» построения традиционных и MIMO радиолокационных станций при параллельном обзоре пространства на основе антенных решетокOn the equivalence of characteristics and specularity in the construction of traditional and MIMO radars with a parallel view of space based on antenna arrayshttps://orcid.org/0009-0003-1357-5866ВовшинБ. М.VovshinB. M.

Вовшин Борис Михайлович, д.т.н., профессор, кафедра радиоволновых процессов и технологий 119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78; главный научный сотрудник 127411, Россия, Москва, Дмитровское шоссе, д. 110 Scopus Author ID 7801355022

Boris M. Vovshin, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Radio Wave Processes and Technology 78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 Russia; Chief Researcher 110, Dmitrovskoe sh., Moscow, 127411 Russia Scopus Author ID 7801355022

boris@eleron.nethttps://orcid.org/0009-0005-3831-4528ПушковА. А.PushkovA. A.

Пушков Александр Александрович, к.т.н., начальник научно-технического центра 127411, Россия, Москва, Дмитровское шоссе, д. 110 Scopus Author ID 54407412700

Alexander A. Pushkov, Cand. Sci. (Eng.), Head of the Scientific and Technical Center110, Dmitrovskoe sh., Moscow, 127411 Russia

aapushkov@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0003-8527-419XХалтуринаЕ. М.KhalturinaE. M.

Халтурина Елизавета Максимовна, инженер 3 категории127411, Россия, Москва, Дмитровское шоссе, д. 110

Elizaveta M. Khalturina, Engineer110, Dmitrovskoe sh., Moscow, 127411 Russia 

e.m.halturina@yandex.ruМИРЭА – Российский технологический университет; НПО «Алмаз»РоссияMIREA – Russian Technological University; NPO ALMAZRussian FederationНПО «Алмаз»РоссияNPO ALMAZRussian Federation2025050620251337383Copyright © Вовшин Б.М., Пушков А.А., Халтурина Е.М., 20252025Вовшин Б.М., Пушков А.А., Халтурина Е.М.Vovshin B.M., Pushkov A.A., Khalturina E.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/1179

Цели. В последние годы в теории и практике радиолокации все больше внимания уделяется вопросам создания MIMO (англ., «много входов – много выходов») радиолокационных станций (РЛС), обладающих рядом достоинств перед традиционными РЛС с фазированными антенными решетками. К этим достоинствам следует отнести возможности гибкого обзора пространства, адаптации к меняющейся сигнально-помеховой обстановке и т.д. Технология MIMO в радиолокации требует излучения зондирующих сигналов в виде когерентной системы ортогональных сигналов, каждый из которых возбуждает собственный излучатель передающей антенной решетки (АР). Вследствие этого одновременно «освещается» заданная зона поиска цели. Пространственно-временная обработка (ПВО) «собирает» сигналы со всех направлений в облученной зоне на выходе приемника. В связи с этим актуальной является задача поиска оптимальной структуры ПВО в MIMO РЛС по сравнению с традиционным подходом. Цель работы – синтез структуры ПВО при одноканальном приеме в MIMO РЛС и сравнение полученного построения и характеристик с аналогичными в традиционных РЛС параллельного обзора на основе многолучевой приемной АР.Методы. Использованы методы и принципы теории многолучевых антенн с синтезированной апертурой и методы синтеза оптимальных по критерию Неймана – Пирсона обнаружителей на основе отношения правдоподобия.Результаты. Для MIMO РЛС с АР на передачу и одиночной слабонаправленной антенной на прием синтезирована разделяющаяся ПВО, формирующая оптимальную предпороговую статистику (ППС) обнаружителя на фоне белого гауссова шума. Проведено сравнение полученной ППС с аналогичной ППС в традиционной РЛС параллельного обзора пространства, имеющей «зеркальное» построение.Выводы. Доказано, что в режиме параллельного поиска цели в одинаковых пространственных секторах показатели качества обнаружения у сравниваемых РЛС при «зеркальном» построении эквивалентны. 

Objectives. In recent years, more and more attention has been paid in radar theory and practice to the development of multiple-input and multiple-output (MIMO) radar, which offers a number of advantages over traditional radar based on phased antenna arrays (PAAs). These include the possibility to flexibly view space and adapt to a changing signal-interference environment, etc. MIMO technology used in radar requires the emission of a probe signal in the form of a coherent system of orthogonal signals, each of which triggers its own emitter in the transmitting antenna array (AA). As a result, the specified target search area is simultaneously illuminated. Specific spatiotemporal processing (SSP) is used to collect signals from all directions in the irradiated zone at the receiver output. In this regard, the task of finding an SSP structure in MIMO radar that is optimal compared to the traditional approach becomes urgent. The study set out to synthesize the structure of SSP with single–channel reception in MIMO radar and compare the obtained structure and characteristics with those similar in traditional parallel-view radars based on multipath receiving radar.Methods. The study is based on methods and principles of the theory of multibeam synthesized aperture antennas and methods for the synthesis of optimal Neiman–Pearson detectors based on the likelihood ratio.Results. For a MIMO radar with AA for transmission and reception provided by a single weakly directional antenna, a split SSP was synthesized to form optimal pre-threshold statistics (PTS) of the detector against a background of white Gaussian noise. The obtained PTS is compared with a similar PTS in a traditional parallel space survey radar with a mirror structure.Conclusions. It is shown that the detection quality indicators of the compared radars in the mirror construction are equivalent in the mode of parallel target search in the same spatial sectors.

MIMO РЛСпараллельный обзор пространствапространственно-временная обработкаалгоритм БПФмноголучевая антенная решеткапредпороговая статистикаMIMO radarparallel space surveyspace-time processingFFT algorithmmultipath antenna arraypre-threshold statisticsReferencesЧерняк В.С. О новых и старых идеях в радиолокации: MIMO РЛС. Успехи современной радиоэлектроники. 2011;2:5–20.Chernyak V.S. About new and old ideas in radar: MIMO radars. Uspekhi sovremennoi radioelektronik = Achievements of Modern Radioelectronics. 2011;2:5–20 (in Russ.).Li J., Stoica P. MIMO Radar Signal Processing. New York: Wiley; 2009. 448 р.Li J., Stoica P. MIMO Radar Signal Processing. New York: Wiley; 2009. 448 р.Проблемы антенной техники; под ред. Л.Д. Бахраха и Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь; 1989. 368 с.Bakhrakh L.D., Voskresenskii D.I. (Eds.) Problemy antennoi tekhniki (Antenna Technology Problems). Мoscow: Radio i svyaz’; 1989. 368 р. (in Russ.).Mailloux R.J. Phased Array Antenna Handbook. 2nd Ed. London: Artech House; 2005. 479 р.Mailloux R.J. Phased Array Antenna Handbook. 2nd Ed. London: Artech House; 2005. 479 р.Черняк В.С. Обнаружение сигналов в MIMO РЛС. Успехи современной радиоэлектроники. 2014;7:35–48.Chernyak V.S. Signal detection with MIMO radars. Uspekhi sovremennoi radioelektronik = Achievements of Modern Radioelectronics. 2014;7:35–48 (in Russ.).Вовшин Б.М. Безынерционный обзор пространства сверхширокополосными радиолокационными сигналами. Антенны. 2006;7(102):92–100.Vovshin B.M. The intertialless air surveillance by ultra wideband radar signals. Antenny. 2006;7(102):92–100 (in Russ.).Bergin J., Guerci J.R. MIMO Radar: Theory and Application. London: Artech House; 2018. 221 р.Bergin J., Guerci J.R. MIMO Radar: Theory and Application. London: Artech House; 2018. 221 р.Dorey J., Garnier G., Auvray G. RIAS Radar a impulsion et Antenne Synthetique. In: Proceedings Colloque International sur le Radar. Paris. April. 1989. P. 112–115 (in French).Dorey J., Garnier G., Auvray G. RIAS Radar a impulsion et Antenne Synthetique. In: Proceedings Colloque International sur le Radar. Paris. April. 1989. P. 112–115 (in French).Vovshin B.M. Parallel Surveillance Ultra-wide-band Radars with Orthogonal Ranging Signals. In: Proceedings on International Radar Symposium (IRS-2007). Cologue, Germany. P. 461–466.Vovshin B.M. Parallel Surveillance Ultra-wide-band Radars with Orthogonal Ranging Signals. In: Proceedings on International Radar Symposium (IRS-2007). Cologue, Germany. P. 461–466.Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория; под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Радиотехника; 2007. 512 c.Shirman Ya.D. (Ed.). Radioelektronnye sistemy. Osnovy postroeniya i teoriya (Radioelectronic systems. Fundamentals of Construction and Theory). Мoscow: Radiotekhnika; 2007. 512 р. (in Russ.).Вовшин Б.М., Иммореев И.Я. Влияние дисперсионных свойств фазированной антенной решетки на отношение сигнал/шум в РЛС с широкополосными сигналами. Радиотехника. 1985;7:74–92.Vovshin B.M., Immoreev I.Y. Influence of dispersion properties phased array antenna on the signal to noise ratio in radars with broadband signals. Radiotekhnika. 1985;7:74–92 (in Russ.).Калинин В.И., Чапурский В.В., Черепенин В.А. Сверхразрешение в системах радиолокации и радиоголографии на основе MIMO антенных решеток с рециркуляцией сигналов. Радиотехника и электроника. 2021;66(6):614–624. https://doi.org/10.31857/S0033849421060139Kalinin V.I., Chapursky V.V., Cherepenin V.A. Super-Resolution of Radar and Radio Holography Systems Based on a MIMO Retrodirective Antenna Array. J. Commun. Technol. Electron. 2021;66(6):727–736. https://doi.org/10.1134/S1064226921060139 [Original Russian Text: Kalinin V.I., Chapursky V.V., Cherepenin V.A. Super-Resolution of Radar and Radio Holography Systems Based on a MIMO Retrodirective Antenna Array. Radiotekhnika i elektronika. 2021;66(6):614–624 (in Russ.). https://doi.org/10.31857/S0033849421060139 ]Чапурский В.В., Слукин Г.П., Филатов А.А., Коротеев Д.Е. Виртуальное MIMO РЛС и их сравнение на основе обобщенных функций неопределенности. Успехи современной радиоэлектроники. 2023;77(5):5–19. https://doi.org/10.18127/j20700784-202305-01Chapurskii V.V., Slukin G.P., Filatov A.A., Koroteev D.E. Virtual MIMO radars and their comparison based on generalized uncertainty functions. Uspekhi sovremennoi radioelektroniki = Achievements of Modern Radioelectronics. 2023;77(5):5–19 (in Russ.). https://doi.org/10.18127/j20700784-202305-01Brookner E. MIMO Radars and their Conventional Equivalents. In: Proc. on IEEE International Radar conference. May 10–15, 2015, Arlington, VA, USA: P. 918–924. https://doi.org/10.1109/RADAR.2015.7131126Brookner E. MIMO Radars and their Conventional Equivalents. In: Proc. on IEEE International Radar conference. May 10–15, 2015, Arlington, VA, USA, P. 918–924. https://doi.org/10.1109/RADAR.2015.7131126Tebaldini S., Manzoni M., Ferro-Famil L., Banda F., Giudici D. FDM MIMO SAR Tomography. In: EUSAR 2024 – 15th European Conference on Synthetic Aperture Radar. Munich, Germany: 2024. P. 709–714.Tebaldini S., Manzoni M., Ferro-Famil L., Banda F., Giudici D. FDM MIMO SAR Tomography. In: EUSAR 2024 – 15th European Conference on Synthetic Aperture Radar. Munich Germany. 2024. P. 709–714.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.