mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2026-14-4-68-81IZWLXUmireabulletin-1616Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSСинтез согласованной многоканальной обработки ортогональных сигналов MIMO радиолокационных станцийSynthesis of matched multichannel processing of orthogonal MIMO radar signalshttps://orcid.org/0009-0003-1357-5866ВовшинБ. М.VovshinB. M.

Вовшин Борис Михайлович, д.т.н., профессор, кафедра радиоволновых процессов и технологий, Институт радиоэлектроники и информатики; главный научный сотрудник

Scopus Author ID 7801355022

127411, Москва, Дмитровское шоссе, д. 110; 119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Boris M. Vovshin, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Radio Wave Processes and Technology, Institute of Radio Electronics and Informatics; Chief Researcher

Scopus Author ID 7801355022

110, Dmitrovskoe sh., Moscow, 127411; 78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

 

 

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

Пушков Александр Александрович, к.т.н., начальник НТЦ

Scopus Author ID 54407412700

127411, Москва, Дмитровское шоссе, д. 110

Alexander A. Pushkov, Cand. Sci. (Eng.), Chief Researcher

110, Dmitrovskoe sh., Moscow, 127411

aapushkov@mail.ruПАО «НПО «Алмаз»; МИРЭА Российский технологический университетРоссияNPO Almaz; MIREA Russian Technological UniversityRussian FederationПАО «НПО «Алмаз»РоссияNPO AlmazRussian Federation2026080820261446881Copyright © Вовшин Б.М., Пушков А.А., 20262026Вовшин Б.М., Пушков А.А.Vovshin B.M., Pushkov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/1616Цели

Цели. В современной теории радиолокации все большее внимание уделяется MIMO (англ. «много входов много выходов») радиолокационных станций (РЛС), для которых прогнозируются важные преимущества перед традиционными РЛС с фазированными антенными решетками (ФАР). MIMO РЛС имеют дополнительную степень свободы за счет одномоментного излучения системы когерентных ортогональных радиосигналов, что однозначно определяет параллельный обзор пространства. Для MIMO РЛС возникает актуальная задача синтеза оптимальной по критерию Неймана Пирсона пространственно-временной обработки (ПВО) всей совокупности эхо-сигналов на фоне белого гауссова шума. Целями данной статьи являются: статистический синтез ПВО в MIMO РЛС, обеспечивающий оптимальные показатели качества обнаружения; получение вариантов структурных схем ПВО и выявление их особенностей по сравнению с ПВО традиционных РЛС с ФАР; анализ углового разрешения MIMO РЛС с полученной структурой ПВО.

Методы

Методы. Использованы методы статистической оптимизации процедуры обнаружения сигналов на фоне помех по критерию Неймана Пирсона, а также методы теории диаграммообразования в многолучевых антенных решетках (АР).

Результаты

Результаты. Синтезированы два варианта ПВО, формирующие оптимальную предпороговую статистику обнаружителя MIMO РЛС с M -элементной передающей и N -элементной приемной АР. Показано, что структурные схемы этих вариантов различаются последовательностями пространственной и временной обработок. Доказано, что за счет увеличенного размера «эквивалентной» апертуры приемной АР разрешающая способность MIMO РЛС по угловым координатам существенно лучше, чем у традиционной РЛС при одинаковом отношении сигнал/шум.

Выводы

Выводы. Показано, что структурные схемы синтезированных обнаружителей MIMO РЛС обеспечивают статистически оптимальные показатели качества обнаружения.

Objectives

Objectives. In contemporary radar studies, increasing attention is being paid to MIMO (Multiple-Input, MultipleOutput) radars, which are predicted to offer significant advantages over traditional phased-array radars. MIMO radars increase spatial degrees of freedom by simultaneously transmitting coherent, orthogonal radio waveforms in parallel. The main challenge for MIMO radars is to optimize space-time processing (STP) of the entire set of echo signals against a white Gaussian noise background according to the Neyman–Pearson criterion. In order to ensure optimal detection performance, the work statistically synthesizes STP in MIMO radars to derive variants of STP structural schemes for identifying their features as compared to STP in traditional phased-array radars, and analyze the angular resolution of the MIMO radar with the resulting STP structure.

Methods

Methods. Statistical optimization methods for signal detection against interference using the Neyman–Pearson criterion were used in accordance with approaches informed by the theory of beamforming in multibeam antenna arrays. 

Results

Results. Two STP variants were synthesized to generate optimal pre-threshold statistics for a MIMO radar detector with an M -element transmitting and N -element receiving antenna array. The structural diagrams of these variants were found to differ in their sequences of spatial and temporal processing. Due to the increased size of the equivalent aperture of the receiving antenna array, the angular resolution of the MIMO radar is demonstrated to be significantly better than that of a traditional radar at the same signal-to-noise ratio.

Conclusions

Conclusions. The structural diagrams of the synthesized MIMO radar detectors confirm their statistically optimal detection performance.

MIMO РЛСмногоканальная пространственно-временная обработкаалгоритм быстрого преобразования Фурьемноголучевая антенная решеткапредпороговая статистика обнаружителяразрешающая способность по угловым координатамMIMO radarmultichannel space-time processingfast Fourier transform algorithmmulti-beam antenna arraydetector pre-threshold statisticsangular resolutionReferencesBergin J., Guerci J.R. MIMO Radar. Theory and Application . Artech House; 2018, 229 p.Bergin J., Guerci J.R. MIMO Radar. Theory and Application. Artech House; 2018, 229 p.Прикладные задачи теории MIMO систем радиолокации и радиоголографии ; под ред. Г.П. Слукина, В.В. Чапурского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; 2024, 276 c. ISBN 978-5-7038-6393-0Slukin G.P., Chapurskii V.V. (Eds.). Prikladnye zadachi teorii MIMO sistem radiolokatsii i radiogolograf (Applied Problems of the Theory of MIMO Radar and Radioholography Systems). Moscow: Bauman Press; 2024, 275 p. (In Russ.). ISBN 978-5-7038-6393-0Vovshin 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.Li J., Stoica P. MIMO Radar Signal Processing . Willey; 2009, 472 p. ISBN 978-0-470-17898-0Li J., Stoica P. MIMO Radar Signal Processing. Willey; 2009, 472 p. ISBN 978-0-470-17898-0Вовшин Б.М., Пушков А.А., Халтурина Е.М. Об эквивалентности характеристик и «зеркальности» построения традиционных и MIMO РЛС при параллельном обзоре пространства на основе антенных решеток. Russian Technological Journal . 2025;13(3):73–83. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2025-13-3-73-83Vovshin B.M., Pushkov A.A., Khalturina E.M. On the equivalence of characteristics and specularity of the construction of the traditional and MIMO radars with parallel view of space based on antenna arrays. Russian Technological Journal. 2025;13(3):73–83. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2025-13-3-73-83Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г., Елохин А.В., Сорокин И.С. Пространственная обработка сигналов в MIMO системах сотовой связи . Нижний Новгород: Изд-во ННГУ; 2020, 134 c.Ermolaev V.T., Flaksman A.G., Elokhin A.V., Sorokin I.S. Prostranstvennaya obrabotka signalov v MIMO sistemakh sotovoi svyazi (Spatial Signal Processing in MIMO Cellular Communication Systems). Nizhny Novgorod; 2020, 134 p. (In Russ.).Вовшин Б.М., Куликов К.В. Пространственно-многоканальный прием в MIMO РЛС параллельного обзора пространства с ортогональными многочастотными сигналами. Успехи современной радиоэлектроники . 2016;8:67–79. https://elibrary.ru/wjilgxVovshin B.M., Kulikov K.V. Spatial multi-channel reception in MIMO radar with parallel survey of space with orthogonal multi-frequency signals. Uspekhi sovremennoi radioehlektroniki = J. Achievements of Modern Radioelectronics. 2016;8: 67–79 (in Russ.). https://elibrary.ru/wjilgxЧерняк В.С. Обнаружение сигналов в MIMO РЛС. Успехи современной радиоэлектроники . 2014;7:35–48. https://elibrary.ru/sjlqgtChernyak V.S. Signal detection in MIMO radars. Uspekhi sovremennoi radioehlektroniki = J. Achievements of Modern Radioelectronics. 2014;7:35–48 (in Russ.). https://elibrary.ru/sjlqgtРадиоэлектронные 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.).Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь; 1981, 416 c.Shirman Ya.D., Manzhos V.N. Teoriya i tekhnika obrabotki radiolokatsionnoi informatsii na fone pomekh (Theory and Technology of Processing Radar Information Against a Background of Interference). Мoscow: Radio i svyaz’; 1981, 416 p. (In Russ.).Стренг Г. Линейная алгебра и ее применения : пер. с англ . М.: Мир; 1980, 454 с.Strang G. Lineinaya algebra i ee primeneniya (Linear Algebra and its Applications): transl. from Engl. Мoscow: Mir; 1980, 454 p. (In Russ.). [Strang G. Linear Algebra and its Applications. Elsevier Sci.; 1976, 428 p.]Вовшин Б.М. Теоретические основы радиолокационного наблюдения целей . М.: ПАО «НПО «Алмаз»; 2022, 312 с. ISBN 978-5-6042294-5-3Vovshin B.M. Teoreticheskie osnovy radiolokatsionnogo nablyudeniya tselei (Theoretical Foundations of Radar Surveillance of Targets). Мoscow: Almaz; 2022, 312 p. (In Russ.). ISBN 978-5-6042294-5-3Tahcfulloh S., Hendrantoro G. FPMIMO: A General MIMO Structure with Overlapping Subarrays for Various Radar Applications. IEEE Access . 2020;8:11248–11267. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2965192Tahcfulloh S., Hendrantoro G. FPMIMO: A General MIMO Structure with Overlapping Subarrays for Various Radar Applications. IEEE Access. 2020;8:11248–11267. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2965192Вовшин Б.М. Случайные процессы в радиотехнике и радиолокации . М.: ПАО «НПО «Алмаз»; 2024, 296 c. ISBN 9785-6052360-0-9Vovshin B.M. Sluchainye protsessy v radiotekhnike i radiolokatsii (Random Processes in Radio Engineering and Radar). Мoscow: Almaz; 2024, 296 p. (In Russ.). ISBN 978-5-6052360-0-9Чапурский 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 = J. Achievements of Modern Radioelectronics. 2023;77(5):5–19 (in Russ.).Wang H., Yu J., Yu W., De Ben. Adaptive waveform design for distributed OFDM MIMO radar system in multi-target scenario. Chinese J. Aeronautics. 2018;31(3):567–574. https://doi.org/10.1016/j.cja.2018.01.016Wang H., Yu J., Yu W., De Ben. Adaptive waveform design for distributed OFDM MIMO radar system in multi-target scenario. Chinese J. Aeronautics. 2018;31(3):567–574. https://doi.org/10.1016/j.cja.2018.01.016Антенны, СВЧ устройства и их технологии; под ред. А.А Косогорова. М.: Физматлит; 2023, 400 с. ISBN 978-5-9221-1966-5Kosogorov A.A. (Ed.). Antenny, SVCh ustroistva i ikh tekhnologii (Antennas, Microwave Devices and Their Technologies). Moscow: Fizmatlit; 2023, 400 р. (In Russ.). ISBN 978-5-9221-1966-5Tan L., Jiang J. Digital Signal Processing. Fundamentals and Applications . Academic Press; 2019, 838 p.Tan L., Jiang J. Digital Signal Processing. Fundamentals and Applications. Academic Press; 2019, 838 p.Черняк В.С. О новых и старых идеях в радиолокации: MIMO РЛС. Успехи современной радиоэлектроники. 2011;2:5–20. https://elibrary.ru/ntmkapChernyak V.S. About new and old ideas in radar: MIMO radars. Uspekhi sovremennoi radioehlektroniki = J. Achievements of Modern Radioelectronics. 2011;2:5–20 (in Russ). https://elibrary.ru/ntmkapDorey J., Blanchard Y, Christophe F. The RIAS project, a new approach to air surveillance radar. Radiant. J. Dutch. Meteor. Soc . 1984;20:21–24.Dorey J., Blanchard Y, Christophe F. The RIAS project, a new approach to air surveillance radar. Radiant. J. Dutch. Meteor. Soc . 1984;20:21–24.Klare J., Saalmann O. MIRA-CLE X: A new Imaging MIMO Radar for Multi-Purpose Applicatious. In: Proceedings of the 7th European Radar Conference ( EuRAD ), Paris, France. IEEE. 2010. P. 129–132.Klare J., Saalmann O. MIRA-CLE X: A new Imaging MIMO Radar for Multi-Purpose Applicatious. In: Proceedings of the 7th European Radar Conference (EuRAD), Paris, France. IEEE. 2010. P. 129–132.

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