طراحی گیرنده بهینه و تخصیص توان در رادارهای آرایه‌ای فازی چندورودی- چندخروجی تنوع فرکانسی در محیط با کلاتر ناهمگن
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترحمیدرضا فتوحی فیروزآباد 1 , سید مهدی حسینی اندارگلی 2 * , حسین قانعی یخدان 3 , جمشید ابویی 4
1 - دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد
2 - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
3 - دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد
4 - دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد
کلید واژه: رادارهای چندورودی- چندخروجی آرایه فازی, آشکارساز بهینه, کلاتر ناهمگن, تخصیص توان,
چکیده مقاله :
در سال‌های اخیر، رادارهای آرایه فازی چندورودی- چندخروجی به‌شدت مورد توجه محققان قرار گرفته است. در واقع در این رادارها می‌‌توان مزایای رادارهای آرایه فازی و رادارهای چندورودی- چندخروجی را با هم ترکیب کرد. در اینجا فرض میشود که زیرآرایه‌‌ها دارای بهره چندگانگی فرکانسی بوده و از بهره همدوسی کامل برخوردارند. ابتدا در این مقاله به موضوع طراحی آشکارساز بهینه برای رادارهای آرایه فازی چندورودی- چندخروجی بر پایه فرض شناخت ضریب انعکاس هدف در حضور کلاتر ناهمگن پرداخته میشود. در ادامه بر پایه آشکارسازهای استخراج‌شده، احتمال آشکارسازی و احتمال هشدار کاذب محاسبه شده و به شکل فرمول بسته بر حسب پارامترهای رادار و محیط ارائه میگردد. سپس مسأله تخصیص توان به سیگنال‌های متعامد برای بیشینه‌کردن احتمال آشکارسازی فرمول‌‌بندی میشود. نهایتاً موضوع بهره چندگانگی فرکانسی مورد تجزیه و تحلیل ریاضی قرار گرفته و کرانی برای بهره چندگانگی ارائه میگردد. شبیه‌‌سازی‌‌های عددی نشان می‌‌دهند که آشکارسازهای بهینه استخراج‌شده، یک فیلتر توأم فضایی- زمانی خواهد بود که به‌طور مؤثری باعث تضعیف کلاتر در رادارهای آرایه فازی چندورودی- چندخروجی میگردد. همچنین نشان می‌‌دهند که الگوریتم‌‌های تخصیص توان باعث بهبود عملکرد آشکارسازی اهداف در مقایسه با الگوریتم‌‌های معیار میگردد.
In recent years, Phased-Multiple-Input, Multiple-Output radars (PMRs) have attracted great interest. PMR can combine the advantages of both MIMO radar and phased array radar. Here, PMR transmits orthogonal signals from all subarrays to provide both waveform frequency diversity and high coherent processing gain. In this paper dealt with detector design in the presence of heterogeneous clutter based on the unknown scattering coefficients for PMR. Then, detection probability and false-alarm probability are computed based on the derived optimum detector. At the end, the power allocation problem is investigated analytically. The numerical simulations show that obtained optimal detector is joint spatial-temporal filter, which, the clutters are effectively weakened in PMR. Furthermore, simulation results illustrate that proposed power allocation algorithm improve detection performance of PMR in comparison with PR and equal power PMR.
[1] E. Brookner, "Phased array radars-past, present and future," in Proc. RADAR'02, pp. 104-113, Edinburgh, UK, 15-17 Oct. 2002.
[2] J. Li and P. Stoica, "MIMO radar with colocated antennas," IEEE Signal Processing Magazine, vol. 24, no. 5, pp. 106-114, Sep. 2007.
[3] E. Fishler, A. Haimovich, R. S. Blum, L. J. Cimini, D. Chizhik, and R. A. Valenzuela, "Spatial diversity in radars-models and detection performance," IEEE Trans. on Signal Processing, vol. 54, no. 3, pp. 823-838, Mar. 2006.
[4] J. Li and P. Stoica, MIMO Radar Signal Processing, New York: Wiley, vol. 7, 2009.
[5] A. Hassanien and S. A. Vorobyov, "Phased-MIMO radar: a tradeoff between phased-array and MIMO radars," IEEE Trans. on Signal Processing, vol. 58, no. 6, pp. 3137-3151, Jun. 2010.
[6] M. Jankiraman, FMCW Radar Design, Artech House, 2018.
[7] Q. He, N. H. Lehmann, R. S. Blum, and A. M. Haimovich, "MIMO radar moving target detection in homogeneous clutter," IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, vol. 46, no. 3, pp. 1290-1301, Jul. 2010.
[8] T. Zhang, G. Cui, L. Kong, and X. Yang, "Adaptive bayesian detection using MIMO radar in spatially heterogeneous clutter," IEEE Signal Processing Letters, vol. 20, no. 6, pp. 547-550, Jun. 2013.
[9] M. Ahmadi and K. Mohamedpour, "Space-time adaptive processing for phased-multiple-input-multiple-output radar in the non-homogeneous clutter environment," IET Radar, Sonar & Navigation, vol. 8, no. 6, pp. 585-596, Jul. 2014.
[10] X. Yu, G. Cui, J. Yang, and L. Kong, "MIMO radar transmit-receive design for moving target detection in signal-dependent clutter," IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 69, no. 1, pp. 522-536, Jan. 2020.
[11] A. J. Bogush, "Correlated clutter and resultant properties of binary signals," IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, vol. 9, no. 2, pp. 208-213, Mar. 1973.
[12] K. Schacke, On the Kronecker Product, Master's Thesis, University of Waterloo, 2004.
[13] H. L. Van Trees, Detection, Estimation, and Modulation Theory, Pt. 1, New York: Wiley, 1968.
[14] M. J. Ghoreishian, S. M. Hosseini Andargoli, and F. Parvari, "Power allocation in MIMO radars based on LPI optimisation and detection performance fulfilment," IET Radar, Sonar & Navigation, vol. 14, no. 6, pp. 822-832, 2020.
[15] J. G. Proakis and M. Salehi, Digital Communications, New York, McGraw-Hill, vol. 4, 2001.
[16] F. E. Nathanson, J. P. Reilly, and M. N. Cohen, Radar Design Principles: Signal Processing and the Environment, NASA STI/Recon Technical Report A, USA, 1991.
[17] S. Boyd and L. Vandenberghe, Convex Optimization, Cambridge University Press, 2004.