توصيفگر ها :
رادار مايمو , رادار آرايه‌فازي , رادار مايمو-فازي , تخمين زاويه‌ي ورود , باند كرامر-رائو , تخمين ML , اهداف ارتفاع پست
چكيده فارسي :
رادار چند ورودي-چند خروجي يا مايمو (MIMO) از چند آنتن فرستنده و چند آنتن گيرنده تشكيل مي‌شود كه مي‌تواند شكل‌موج‌هاي مختلف را به سمت اهداف ارسال نمايد. اين سيستم راداري به دليل بهره‌ي چندگانگي، نسبت به رادار تك ورودي-تك خروجي (SISO)، از درجه‌ي آزادي بيشتر، تفكيك‌پذيري بالاتر، آشكارسازي و تخمين بهتر، انعطاف‌پذيري بيشتر در جهت‌دهي پرتو و غيره برخوردار است. رادار مايمو گسترده (WSA) از چندگانگي فضايي و چندگانگي شكل‌موج و رادار مايمو هم‌مكان (CLA) از چندگانگي شكل‌موج بهره مي‌برند.
در ساليان اخير، تركيب مفاهيم آرايه‌فازي و مايمو در رادار مايمو-فازي (Phased-MIMO) با زيرآرايه‌هاي همپوشان يا ناهمپوشان و ناهمدوس در فرستنده و آرايه‌اي با المان‌هاي ناهمدوس در گيرنده پيشنهاد شده است، كه عملكرد بهتري نسبت به رادارهاي متداول دارد. به طور خلاصه در رادار مايمو-فازي، آرايه‌ي فرستنده به تعدادي زيرآرايه تقسيم مي‌شود، كه امكان همپوشاني دارند. زيرآرايه‌هاي فرستنده، شكل‌موج‌هاي متعامد را متناظر با فيلترهاي منطبق در آرايه‌ي گيرنده منتشر مي‌كنند، به طوري كه چند پرتو را مي‌توان به صورت هم‌زمان به سمت هدف هدايت كرد. درواقع، هر زيرآرايه براي ارسال همدوس يك شكل‌موج متعامد بر ساير شكل‌موج‌هاي ارسالي از ديگر زيرآرايه‌ها، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مي‌توان با طراحي بردار وزن براي هر زيرآرايه به منظور جهت‌دهي پرتو در يك جهت خاص از فضا، به حداكثر بهره‌ي شكل‌دهي پرتو دست يافت. همچنين، زيرآرايه‌ها به طور مشترك تركيب شده و يك رادار مايمو را تشكيل مي‌دهند، كه منجر به افزايش قدرت تفكيك‌پذيري زاويه‌اي مي‌شود. سپس شكل‌موج‌هاي بازتاب شده از اهداف، در فيلترهاي منطبق آرايه‌ي گيرنده از هم تفكيك مي‌شوند. بنابراين، هم به بهره‌ي چندگانگي رادار مايمو و هم به بهره‌ي شكل‌دهي پرتو رادار آرايه‌فازي دست مي‌يابيم. اين دو بهره با هم موجب مقاومت در برابر تداخل و نويز، بهبود قابليت شناسايي، گسترش دهانه‌ي مجازي و افزايش تفكيك‌پذيري در رادار مايمو-فازي مي‌شوند. در رادار مايمو-فازي بين بهره‌ي شكل‌دهي پرتو فرستنده و بهره‌ي چندگانگي شكل‌موج معاوضه (بده-بستان) وجود دارد. چنين معاوضه‌اي را مي‌توان با تغيير در تقسيم‌بندي زيرآرايه‌هاي فرستنده‌ي سيستم، كه به نوبه‌ي خود عملكرد سيستم را افزايش مي‌دهد، برقرار نمود.
از اين رو، در اين پايان‌نامه با استفاده از باند كرامر رائو، عملكرد رادار مايمو-فازي در تخمين جهت ورود (مكان‌يابي) به ازاي چيدمان‌هاي مختلف زيرآرايه‌هاي فرستنده مورد بررسي قرار مي‌گيرد. علاوه بر اين، از آنجا كه تاكنون باند كرامر-رائو رادار مايمو-فازي در تخمين ناحيه‌ي ارتفاع پست به ويژه براي مدل‌هاي مختلف چندمسيره، مورد بحث قرار نگرفته است، عملكرد اين سيستم‌هاي راداري در تخمين زاويه‌ي ورود منابع، براي مدل‌هاي مختلف چندمسيره در ناحيه‌ي ارتفاع پست نيز بررسي و ارزيابي مي‌شود. مقايسه و ارزيابي عملكرد تخمين زاويه‌ي هدف در ناحيه‌ي اهداف ارتفاع پست براي ارتفاعات مختلف رادار، سناريوهاي مختلف زمين و قطبش افقي و عمودي انجام مي‌شود. خواهيم ديد كه عملكرد رادار مايمو-فازي هم در شرايط عادي و هم در ناحيه‌ي ارتفاع پست، بهتر از رادار مايمو و رادار آرايه‌فازي است. همچنين، عملكرد چيدمان‌هاي مختلف رادار مايمو-فازي بسته به ويژگي‌هاي هر چيدمان از جمله سطوح گلبرگ‌هاي فرعي، پهناي گلبرگ اصلي، SINR خروجي و غيره در شرايط گوناگون، متفاوت است.
چكيده انگليسي :
Multiple Input-Multiple Output (MIMO) radar is a system of several transmitter and receiver antennas which can transmit different waveforms to targets. Comparing to Single Input-Single Output (SISO) radars, in MIMO radars due to diversity gain, we have higher degrees of freedom, higher resolution, better detection and estimation performance, more flexibility in beamforming and etc. MIMO Radar with Widely Separated Antennas (WSA) utilizes spatial diversity and MIMO Radar with Co-Located Antennas (CLA), utilizes waveform diversity.
In recent years, the combination of phased array and MIMO concepts has led to phased-MIMO radars with overlapping or non-overlapping subarrays at the transmit array, which performs better than conventional radars. In short, in phased-MIMO radar, we partition the transmit array into a number of subarrays which are allowed to overlap. The transmit subarrays emit orthogonal waveforms associated with matched filters in the receive array, so that multiple beams can be steered to the target simultaneously. Maximum coherent processing gain can be achieved by designing the weight vector of each subarray to form a beam towards a certain direction in space. Also, the subarrays are combined jointly to form a MIMO radar resulting in higher angular resolution capabilities. The echo waveforms from targets are then separated at the matched filters in the receive array. Therefore, we achieve both MIMO radar's diversity gain and phased-array radar's coherent gain. These two gains together accounts for robustness against interference, improved identifiability, extended virtual aperture and increased resolution in phased-MIMO radar. In phased-MIMO radar, there is a tradeoff between transmitter coherent gain and diversity gain. Such a tradeoff can be made by changing the partitioning of the transmit array, which in turn increases the system performance.
In this thesis, using Cramer-Rao Bound (CRB), the performance of phased-MIMO radar in Direction of Arrival (DOA) estimation for different transmit subarrays configurations is investigated. In addition, the low angle estimation problem is analyzed and the Cramer-Rao bound is obtained in this case for different multi-path models. Comparison and evaluation of performance of the target angle estimation is performed in the low angle area for different radar heights, different ground scenarios and horizontal and vertical polarization. It is shown that the performance of phased-MIMO radars is better than both MIMO and phased array radars in both normal conditions and low angle situations. Also, the performance of different phased-MIMO radar configurations varys depending on the characteristics of each configurations, including sidelobes level, mainlobe width, output SINR, etc. in different conditions.
