Разработка программного обеспечения радара с виртуальной антенной решеткой на платформе Digilent Zedboard

Технология MIMO позволяет создавать виртуальные антенные решётки, значительно сокращая количество приемных и передающих каналов по сравнению с классическими фазированными антенными решётками (ФАР). При этом сохраняются характеристики антенной системы (ширина диаграммы направленности, коэффициент усиления) и, как следствие, характеристики радара (угловое разрешение, дальность обнаружения). Уменьшение числа каналов приёма и передачи приводит к значительному снижению стоимости РЛС в целом. В статье описана математическая модель MIMO-радара и ее программная реализация на платформе Digilent Zedboard. Приведены результаты моделирования и отработки аппаратно-программной реализации алгоритма обработки. Дана оценка степени загрузки кристалла Xilinx Zynq XC7Z020, стоящего на платформе Digilent Zedboard.

1. Fishler E., Haimovich A., Blum R., Chizhik D., Cimini L., Valenzuela R. MIMO radar: An idea whose time has come // Proceedings of the IEEE Radar Conference, 26–29 April 2004. Philadelphia, 2004. P. 71-78. DOI: 10.1109/NRC.2004.1316398

2. Forsyte K. W., Bliss D. W., Fawsett G. S. Multiple-input multiple output (MIMO) radar: Performance issues // Conference Record of the Thirty-Eight Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers 2004, 7–10 Nov. Pacific Grove (CA), 2004. 1. 310-315. DOI: 10.1109/ACSSC.2004.1399143

3. Чапурский В. В. Функции неопределенности и пространственная разрешающая способность сверхширокополосных видеоимпульсных антенных решеток // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия: Приборостроение. 2005. 4. 94-108.

4. Чапурский В. В. Обработка сигналов в многочастотных радиолокационных системах антеннами из пространственно-распределенных передающих и приемных элементов // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия: Приборостроение. 2008. 3. 69-79.

5. Черняк В. С. Многопозиционная радиолокация. Москва: Радио и связь, 1993. 415 с.

6. Lesturgie M. Some relevant applications of MIMO to radar // IEEE Proceedings of the 2011 12th International Symposium on Radar (IRS), September 7-9, 2011. Leipzig, Germany, 2011. P.714-721.

7. Martinez-Vazquez A., Fortuny-Guasch J. UWB MIMO radar arrays for small area surveillance applications // 2nd European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2007), 11-16 Nov. 2007. Edinburgh, UK, 2007. P. 1-6. DOI: 10.1049/ic.2007.1076

8. Anderson S., Anderson W. A MIMO technique for enhanced clutter selectivity in a multiple scattering environment: Application to HF surface wave radar // International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications, 20-24 September 2010. Sydney, Australia, 2010. P. 133-136. DOI: 10.1109/ICEAA.2010.5652215

9. Kim J.-H., Ossowska A., Wiesbeck W. Investigation of MIMO SAR for interferometry // European Radar Conference, 10-12 October 2007. Munich, Germany, 2007. P. 51-54. DOI: 10.1109/EURAD

10. Pancera E., Zwick T., Wiesbeck W. Ultra wideband radar imaging: An approach to monitor the water accumulation in the human body // IEEE International Conference on Wireless Information Technology and Systems, 28 August 2010-03 September. Honolulu, USA, 2010. P. 1-4. DOI: 10.1109/ICWITS.2010.5611899

11. Lutz S., Baur K., Walter T. 77 GHz lens-based multistatic MIMO radar with collocated antennas for automotive applications // IEEE/MTT-S International Microwave Symposium Digest, 17-22 June 2012. Montreal, Canada, 2012. P. 1-3. DOI: 10.1109/MWSYM.2012.6259526

12. Schuler K., Younis M., Lenz R., Wiesbeck W. Array design for automotive digital beamforming radar system // IEEE International Radar Conference, 09-12 May 2005. Arlington, USA, 2005. P. 435-440. DOI: 10.1109/RADAR.2005.1435864

13. Li J., Stoica P. MIMO radar with colocated antennas // IEEE Signal Processing Magazine. 2007. 24(5). 106-114. DOI: 10.1109/MSP.2007.904812

14. Шахов Д. В., Крюков Д. В. Обработка сигналов при работе РЛС по технологии MIMO // Дни науки и инноваций НовГУ: материалы XXVIII научной конференции преподавателей, аспирантов и студентов НовГУ, Великий Новгород, 05–10 апреля 2021 года: 2-х ч. Ч. 2. Великий Новгород: Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого, 2021. С. 286-292. DOI: 10.34680/978-5-89896-757-4/2021.DN-2.49

15. Zhu Y., Su Y., Yu W. An ISAR Imaging Method Based on MIMO Technique // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2010. 48(8). 3290-3299. DOI: 10.1109/TGRS.2010.2045230

16. Калачёв А. Многоядерная конфигурируемая вычислительная платформа Zynq-7000 // Современная электроника. 2013. 1. 22-31.