Синтез согласованной многоканальной обработки ортогональных сигналов MIMO радиолокационных станций

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

1. Bergin J., Guerci J.R. MIMO Radar. Theory and Application . Artech House; 2018, 229 p.

2. 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 978-5-7038-6393-0

3. 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.

4. Li J., Stoica P. MIMO Radar Signal Processing . Willey; 2009, 472 p. ISBN 978-0-470-17898-0

5. Вовшин 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-2025-13-3-73-83

6. Ермолаев 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.

7. 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/wjilgx

8. Черняк В.С. Обнаружение сигналов в MIMO РЛС. Успехи современной радиоэлектроники . 2014;7:35–48. https://elibrary.ru/sjlqgt

9. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория ; под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Радиотехника; 2007, 512 c.

10. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь; 1981, 416 c.

11. Стренг Г. Линейная алгебра и ее применения : пер. с англ . М.: Мир; 1980, 454 с.

12. Вовшин Б.М. Теоретические основы радиолокационного наблюдения целей . М.: ПАО «НПО «Алмаз»; 2022, 312 с. ISBN 978-5-6042294-5-3

13. Tahcfulloh 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.2020.2965192

14. Вовшин Б.М. Случайные процессы в радиотехнике и радиолокации . М.: ПАО «НПО «Алмаз»; 2024, 296 c. ISBN 9785-6052360-0-9

15. 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/j20700784-202305-01

16. 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.2018.01.016

17. Антенны, СВЧ устройства и их технологии; под ред. А.А Косогорова. М.: Физматлит; 2023, 400 с. ISBN 978-5-9221-1966-5

18. Tan L., Jiang J. Digital Signal Processing. Fundamentals and Applications . Academic Press; 2019, 838 p.

19. Черняк В.С. О новых и старых идеях в радиолокации: MIMO РЛС. Успехи современной радиоэлектроники. 2011;2:5–20. https://elibrary.ru/ntmkap

20. 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.

21. 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.