А. В. Мякиньков1, Р. С. Фадеев2, А. А. Кузин3, С. Е. Кузнецов4, С. А. Шабалин5
1–5 Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (г. Нижний Новгород, Россия)

Постановка проблемы. Применение популярной в настоящее время технологии multiple-input multiple-output (MIMO) при построении антенн для радиолокационных систем сталкивается с рядом проблем. В частности, ограничение возможности применения временного и частотного разделения сигналов в радарных системах, в которых критическими факторами являются дальность обнаружения цели, время обзора, разрешающая способность по временной задержке, определяет кодовое разделение как основной подход к формированию набора ортогональных сигналов передатчика. В классическом представлении при применении последовательностей Уолша и Фурье в двумерном спектре сигнала, отраженного от объекта, формируются несколько максимумов, приводящих к неоднозначности определения частоты Доплера.

Цель. Разработать метод пространственного кодирования в радаре с антенной решеткой, позволяющий обеспечить пространственное разделение ортогональных сигналов и их раздельный прием в лучах приемной антенной решетки, чем достигается однозначность при измерении частоты Доплера во всем диапазоне частот, который определяется величиной, обратной длительности периода перестройки частоты.

Результаты. Разработан метод кодирования сигналов в антенной решетке, базирующийся на одновременном излучении набора ортогональных сигналов разнесенными передающими антеннами и пространственной селекции луча диаграммы направленности (ДН) передающей антенны лучом ДН приемной антенны. Для построенной модели антенной решетки описанным методом получена ДН, основные характеристики которой совпадают с ДН виртуальной приемной антенны, формируемой при использовании классического MIMO-подхода.

Практическая значимость. Предложенный метод может быть использован при разработке отечественных радаров для транспортных средств и систем, в частности, автомобильных радаров, что в последнее время набирает все большую актуальность.

Мякиньков А.В., Фадеев Р.С., Кузин А.А., Кузнецов С.Е., Шабалин С.А. Метод пространственно-временного кодирования сигналов в антенной решетке миллиметрового радара // Антенны. 2023. № 2. С. 22–31. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202302-03

1. Li J. MIMO radar signal processing. John Wiley & Sons, Inc. 2009.
2. Donnet B.J., Longstaff I.D. MIMO radar, techniques and opportunities // 2006 European Radar Conference. Manchester, UK. 2006. P. 112–115. DOI: 10.1109/EURAD.2006.280286.
3. Hassanien A., Vorobyov S.A. Phased-MIMO radar: A tradeoff between phased-array and MIMO radars // IEEE Transactions on Signal Processing. 2010. V. 58. № 6. P. 3137–3151. DOI: 10.1109/TSP.2010.2043976.
4. Beresnev P.O., Kurkin A.A., Kuzin A.A., Myakinkov A.V., Pelinovsky E.N., Ryndyk A.G., Shabalin S.A. Radar subsystems of autonomous mobile robotic systems for studying tsunami in the coastal zone // Science of Tsunami Hazards. 2020. V. 39. № 3. P. 137–155.
5. Kuzin A.A., Myakinkov A.V., Ryndyk A.G., Shabalin S.A. Millimeter-wave phased antenna array for automotive radar // Proceedings of 2019 20st International Radar Symposium (IRS). Ulm, Germany. 2019. DOI: 10.23919/IRS.2019.8768182.
6. Sun H., Brigui F., Lesturgie M. Analysis and comparison of MIMO radar waveforms // Proceeding of 2014 International Radar Conference. Lille, France. 2014. DOI: 10.1109/RADAR.2014.7060251.
7. Bechter J., Roos F., Waldschmidt C. Compensation of motion-induced phase errors in TDM MIMO radars // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2017. V. 27. № 12. P. 1164–1166. DOI: 10.1109/LMWC.2017.2751301.
8. Kamruzzaman M. Performance of relay assisted multiuser uplink MIMO wireless communication using Walsh Hadamard sequences // Proceeding of 2013 International Conference on Electrical Information and Communication Technology (EICT). Khulna, Bangladesh. 2014. DOI: 10.1109/EICT.2014.6777902.
9. Ермолаев В.Т., Семенов В.Ю., Флаксман А.Г., Артюхин И.В., Шмонин О.А. Метод формирования виртуальных приемных каналов в автомобильном MIMO-радаре // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 7. С. 115–126. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202107-16.
10. Alaee-Kerahroodi M., Modarres-Hashemi M. Binary sequences set with small ISL for MIMO radar systems // Proceeding of 26th European Signal Processing Conference. Rome, Italy. 2018. DOI: 10.23919/EUSIPCO.2018.8553434.
11. Romanova E., Khasanov M., Karpov V. MIMO radar lossy data flow decreasing technique with pseudo-random receivers duty cycle sequence // Proceeding of Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. Saint-Petersburg, Russia. 2022. DOI: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755608.
12. Zhang Z., Li X. Optimization on the ambiguity properties of MIMO radar // IET International Radar Conference. Hangzhou. 2015. DOI: 10.1049/cp.2015.1469.
13. Wan W., Zhang S., Wang W. Resolving Doppler ambiguity of high-speed moving targets via FDA-MIMO radar // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2021. V. 19. DOI: 10.1109/LGRS.2021.3126425.
14. Khabbazibasmenj A., Hassanien A., Vorobyov S.A., Morency M.W. Efficient transmit beamspace design for search-free based DOA estimation in MIMO radar // IEEE Transactions on Signal Processing. 2014. V. 62. № 6. P. 1490–1500. DOI: 10.1109/TSP.2014.2299513.
15. Wilcox D., Sellathurai M. On MIMO radar subarrayed transmit beamforming // IEEE Transactions on Signal Processing. 2012. V. 60. № 4. P. 2076–2081. DOI: 10.1109/TSP.2011.2179540.
16. Fuhrmann D.R., San Antonio G. Transmit beamforming for MIMO radar systems using signal cross-correlation // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2008. V. 44. № 1. P. 171–186. DOI: 10.1109/TAES.2008.4516997.
17. Бакулин М.Г., Варукина Л.А., Крейнделин В.Б. Технология MIMO: принципы и алгоритмы. М.: Горячая линия – Телеком. 2022.
18. Song J., Babu P., Palomar D.P. Sequence set design with good correlation properties via majorization-minimization // IEEE Transactions on Signal Processing. 2016. V. 64. № 11. P. 2866–2879. DOI: 10.1109/TSP.2016.2535312.
19. Song J., Babu P., Palomar D.P. Sequence design to minimize the weighted integrated and peak sidelobe levels // IEEE Transactions on Signal Processing. 2016. V. 64. № 8. P. 2051–2064. DOI: 10.1109/TSP.2015.2510982.
20. He H., Stoica P., Li J. Designing unimodular sequence sets with good correlations – Including an application to MIMO radar // IEEE Transactions on Signal Processing. 2009. V. 57. № 11. P. 4391–4405. DOI: 10.1109/TSP.2009.2025108.
21. Zwanetski A., Kronauge M., Rohling H. Waveform design for FMCW MIMO radar based on frequency division // 14th International Radar Symposium. Dresden, Germany. 2013. Piscataway: IEEE. 2013. V. 1. P. 89–94.