radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2025-28-1-35-50radioelectronics-968Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВENGINEERING DESIGN AND TECHNOLOGIES OF RADIO ELECTRONIC FACILITIESЭкспериментальное исследование метода когерентной совместной обработки в распределенном автомобильном радареExperimental Study of Coherent Collaborative Processing Method in Distributed Automotive Radarhttps://orcid.org/0000-0002-1857-776XКузинА. А.KuzinA. A.

Кузин Андрей Алексеевич – кандидат технических наук (2013), доцент (2024), доцент кафедры информационных радиосистем

ул. Минина, д. 24, Нижний Новгород, 603155

Andrey A. Kuzin, Cand. Sci. (Eng.) (2013), Associate Professor (2024), Associate Professor of the Department of Informational Radio Systems

24, Minin St., Nizhny Novgorod 603155 

kuzin_andrey@nntu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2862-036XКузнецовС. Е.KuznetsovS. E.

Кузнецов Станислав Евгеньевич – магистр техники и технологии по направлению "Радиотехника" (2003), старший преподаватель кафедры информационных радиосистем

ул. Минина, д. 24, Нижний Новгород, 603155

Stanislav E. Kuznetsov, Master of Engineering and Technology in Radio Engineering (2003), Senior lecturer of the Department of Informational Radio Systems

24, Minin St., Nizhny Novgorod 603155 

s_kuznetsov@nntu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6952-4134МякиньковА. В.MiakinkovA. V.

Мякиньков Александр Валерьевич – доктор технических наук (2013), доцент (2010), профессор кафедры информационных радиосистем; Директор института радиоэлектроники и информационных технологий

ул. Минина, д. 24, Нижний Новгород, 603155

Aleksandr V. Miakinkov, Dr Sci. (Eng.) (2013), Associate Professor (2010), Professor of the Department of Informational Radio Systems; Director of the Institute of Radio Electronics and Informational Technology

24, Minin St., Nizhny Novgorod 603155 

redvillage@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8877-6724ФадеевР. С.FadeevR. S.

Фадеев Роман Сергеевич – кандидат технических наук (2017), доцент (2024), доцент кафедры информационных радиосистем

ул. Минина, д. 24, Нижний Новгород, 603155

Roman S. Fadeev, Cand. Sci. (Eng.) (2017), Associate Professor (2024), Associate Professor of the Department of Informational Radio Systems

24, Minin St., Nizhny Novgorod 603155 

fr_201190@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7772-4857ШабалинС. А.ShabalinS. A.

Шабалин Семен Андреевич – кандидат технических наук (2024), ассистент кафедры информационных радиосистем 

ул. Минина, д. 24, Нижний Новгород, 603155

Semen A. Shabalin, Cand. Sci. (Eng.) (2024), Assistant of the Department of Informational Radio Systems  

24, Minin St., Nizhny Novgorod 603155 

shabalin.semyon@yandex.ruНижегородский государственный технический университет им. Р. Е. АлексееваРоссияNizhny Novgorod State Technical University n.a. R. E. AlekseevRussian Federation2025110320252813550Copyright © Кузин А.А., Кузнецов С.Е., Мякиньков А.В., Фадеев Р.С., Шабалин С.А., 20252025Кузин А.А., Кузнецов С.Е., Мякиньков А.В., Фадеев Р.С., Шабалин С.А.Kuzin A.A., Kuznetsov S.E., Miakinkov A.V., Fadeev R.S., Shabalin S.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/968Введение

Введение. Основой интеллектуальных систем помощи водителю зачастую являются радары, осуществляющие обнаружение, разрешение, сопровождение различных классов целей. Применение распределенной системы, основанной на MIMO-технологии, позволяет в значительной степени улучшить характеристики разрешения объектов по углу. При этом возникает сложность в обеспечении когерентного режима обработки данных, поступающих с двух или более радаров. Данная статья посвящена описанию радиолокационной системы миллиметрового диапазона длин волн с улучшенной разрешающей способностью по угловой координате в сравнении с моностатической и вопросу обеспечения синхронизации радаров, входящих в исследуемую систему.

Цель работы

Цель работы. Повышение разрешающей способности по угловой координате распределенной радиолокационной системы при совместной когерентной обработке сигналов двух MIMO-радаров.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследование разрешающей способности системы, состоящей из двух разнесенных радаров, проводилось экспериментально с использованием полнофункционального макета, для которого были разработаны алгоритмы фазовой синхронизации и совместной цифровой обработки сигналов, а также соответствующее программное обеспечение.

Результаты

Результаты. Применение общего внешнего источника опорного сигнала в MIMO-радарах позволяет реализовать когерентный режим работы системы. Использование двух MIMO-радаров обеспечивает формирование бистатической виртуальной антенной решетки, что в 2 раза улучшает разрешающую способность по углу в сравнении с радаром, число приемных каналов которого в 2 раза меньше, чем размер бистатической виртуальной решетки.

Заключение

Заключение. Экспериментальные исследования показывают увеличение разрешающей способности по угловой координате при формировании бистатической виртуальной антенной решетки. Использование внешнего опорного генератора позволяет обеспечить когерентный режим работы двух радаров и достигнуть точности взаимной синхронизации фаз в каналах бистатических подрешеток в несколько градусов.

Introduction

Introduction. Intelligent driver assistance systems are increasingly employing radar systems to detect, resolve, and track various classes of targets. The use of MIMO-based distributed systems allow the characteristics of object resolution by angle to be significantly improved. However, this is associated with the difficulty to ensure a coherent mode of processing data entering from two or more radar systems. This work compares a millimeter wavelength range radar system with improved angular resolution with a monostatic system. The issue of ensuring synchronization of radars comprising the system under study is addressed.

Aim

Aim. To increase the angular resolution of a distributed radar system with tandem coherent signal processing of two MIMO radars.

Materials and methods

Materials and methods. The resolution of a system consisting of two spaced radars was investigated experimentally using a fully functional layout. Algorithms for phase synchronization and collaborative digital signal processing, along with appropriate software, were developed.

Results

Results. The use of a common external reference signal source in MIMO radars makes it possible to implement a coherent system operation mode. Placement of two spaced MIMO radars ensures the formation of a bistatic virtual antenna array, which doubles the angle resolution, compared with a radar whose number of receiving channels is two times smaller than the size of a bistatic virtual array.

Conclusion

Conclusion. The conducted experimental studies demonstrated an increase in angular coordinate resolution during the formation of a bistatic virtual antenna array. The use of an external reference generator ensures the coherent operation of two radars, improving the accuracy of mutual phase synchronization in the channels of bistatic subarrays by several degrees.

бистатическая виртуальная решеткаMIMO-радарразрешающая способность по угловой координатекогерентная обработка сигналовдиаграмма направленностиbistatic virtual arrayMIMO radarangular coordinate resolutioncoherent signal processingradiation patternReferencesAutomotive RADAR / H. Winner, S. Hakuli, F. Lotz, C. Singer // Handbook of Driver Assistance Systems. Basic Information, Components and Systems for Active Safety and Comfort. Cham: Springer, 2016. P. 325–403. doi: 10.1007/978-3-319-12352-3_17Winner H., Hakuli S., Lotz F., Singer C. Automotive RADAR. Handbook of Driver Assistance Systems. Basic Information, Components and Systems for Active Safety and Comfort. Cham, Springer, 2016, pp. 325–403. doi: 10.1007/978-3-319-12352-3_17Waldschmidt C., Hasch Ju., Menzel W. Automotive Radar – From First Efforts to Future Systems // IEEE J. of Microwaves. 2021. Vol. 1, iss. 1. P. 135–148. doi: 10.1109/JMW.2020.3033616Waldschmidt C., Hasch Ju., Menzel W. Automotive Radar – From First Efforts to Future Systems. IEEE J. of Microwaves. 2021, vol. 1, iss. 1, pp. 135–148. doi: 10.1109/JMW.2020.3033616Development of the Automotive Radar for the Systems of Adaptive Cruise Control and Automatic Emergency Breaking / V. N. Burov, A. A. Kuzin, A. V. Myakinkov, A. D. Pluzhnikov, A. G. Ryndyk, R. S. Fadeev, S. A. Shabalin, P. S. Rogov // Proc. of 2019 Intern. Conf. on Engineering and Telecommunication (EnT), Dolgoprudny, Russia, 20–21 Nov. 2019. IEEE, 2019. doi: 10.1109/EnT47717.2019Burov V. N., Kuzin A. A., Myakinkov A. V., Pluzhnikov A. D., Ryndyk A. G., Fadeev R. S., Shabalin S. A., Rogov P. S. Development of the Automotive Radar for the Systems of Adaptive Cruise Control and Automatic Emergency Breaking. Proc. of 2019 Intern. Conf. on Engineering and Telecommunication (EnT), Dolgoprudny, Russia, 20–21 Nov. 2019. IEEE, 2019. doi: 10.1109/EnT47717.2019Кузин А. А., Мякиньков А. В., Шабалин С. А. Особенности конструкции антенных решеток автомобильных радаров, построенных на основе передающих и приемных многоэлементных модулей // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2021. Т. 24, № 3. С. 39–48. doi: 10.32603/1993-8985-2021-24-3-39-48Kuzin A. A., Miakinkov A. V., Shabalin S. A. Design Features of Antenna Arrays of Automotive Radars Based on Transmitting and Receiving MultiElement Modules. J. of the Russian Universities. Radioelectronics. 2021, vol. 24, no. 3, pp. 39–48. (In Russ.) doi: 10.32603/1993-8985-2021-24-3-39-48Артюхин И. В. Двумерный алгоритм с последовательной оценкой углов прихода сигналов в системе когерентных распределенных автомобильных радаров с несколькими приемными и передающими антеннами // Russian Technological J. 2024. Т. 12, № 3. С. 65−77. doi: 10.32362/2500-316X-2024-12-3-65-77Artyukhin I. V. High-resolution 2D-DoA Sequential Algorithm of Azimuth and Elevation Estimation in Automotive Distributed System of Coherent MIMO Radars. Russian Technological J. 2024, vol. 12, no. 3, pp. 65−77. doi: 10.32362/2500-316X-2024-12-3-65-77Coherent Automotive Radar Networks the Next Generation of Radar-Based Imaging and Mapping / M. Gottinger, M. Hoffmann, M. Christmann, M. Schütz, F. Kirsch, P. Gulden, M. Vossiek // IEEE J. of Microwaves. 2021. Vol. 1, iss. 1. P. 149–163. doi: 10.1109/JMW.2020.3034475Gottinger M., Hoffmann M., Christmann M., Schütz M., Kirsch F., Gulden P., Vossiek M. Coherent Automotive Radar Networks the Next Generation of Radar-Based Imaging and Mapping. IEEE J. of Microwaves. 2021, vol. 1, iss. 1, pp. 149–163. doi: 10.1109/JMW.2020.3034475Steiner M., Osman K. S., Waldschmidt C. Cooperative Target Detection in a Network of Single-Channel Radar Sensors // GeMiC, Stuttgart, Germany, 25–27 March 2019. IEEE, 2019. doi: 10.23919/GEMIC.2019.8698131Steiner M., Osman K. S., Waldschmidt C. Cooperative Target Detection in a Network of SingleChannel Radar Sensors. GeMiC, Stuttgart, Germany, 25–27 March 2019. IEEE, 2019. doi: 10.23919/GEMIC.2019.8698131Frischen A., Hakobyan G., Waldschmidt C. Coherent Measurements with MIMO Radar Networks of Incoherent FMCW Sensor Nodes // IEEE Microwave and Wireless Components Let. 2020. Vol. 30, iss. 7. P. 721–724. doi: 10.1109/LMWC.2020.2998081Frischen A., Hakobyan G., Waldschmidt C. Coherent Measurements with MIMO Radar Networks of Incoherent FMCW Sensor Nodes. IEEE Microwave and Wireless Components Let. 2020, vol. 30, iss. 7, pp. 721–724. doi: 10.1109/LMWC.2020.2998081Oprisan D., Rohling H. Tracking Systems for Automotive Radar Networks // RADAR. 2002. Edinburgh, UK, 15–17 Oct. 2002. IEEE, 2002. doi: 10.1109/RADAR.2002.1174714Oprisan D., Rohling H. Tracking Systems for Automotive Radar Networks. RADAR. 2002. Edinburgh, UK, 15–17 Oct. 2002. IEEE, 2002. doi: 10.1109/RADAR.2002.1174714Fölster F., Rohling H., Lübbert U. An Automotive Radar Network Based On 77GHz FMCW Sensors // IEEE Intern. Radar Conf., Arlington, USA, 09–12 May 2005. IEEE, 2005. doi: 10.1109/RADAR.2005.1435950Fölster F., Rohling H., Lübbert U. An Automotive Radar Network Based On 77GHz FMCW Sensors. IEEE Intern. Radar Conf., Arlington, USA, 09–12 May 2005. IEEE, 2005.doi: 10.1109/RADAR.2005.1435950Coherent Multistatic MIMO Radar Networks Based on Repeater Tags / B. Meinecke, M. Steiner, J. Schlichenmaier, J. Hasch, C. Waldschmidt // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2019. Vol. 67, iss. 9. P. 3908–3916. doi: 10.1109/TMTT.2019.2916796Meinecke B., Steiner M., Schlichenmaier J., Hasch J., Waldschmidt C. Coherent Multistatic MIMO Radar Networks Based on Repeater Tags. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2019, vol. 67, iss. 9, pp. 3908–3916. doi: 10.1109/TMTT.2019.2916796OFDM-Based Radar Network Providing Phase Coherent DOA Estimation / D. Werbunat, B. Meinecke, B. Schweizer, J. Hasch, C. Waldschmidt // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2021. Vol. 69, iss. 1. P. 325–336. doi: 10.1109/TMTT.2020.3026041Werbunat D., Meinecke B., Schweizer B., Hasch J., Waldschmidt C. OFDM-Based Radar Network Providing Phase Coherent DOA Estimation. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2021, vol. 69, iss. 1, pp. 325–336. doi: 10.1109/TMTT.2020.3026041Donnet B., Longstaff I. D. MIMO Radar, Techniques and Opportunities // European Radar Conf., Manchester, UK, 13–15 Sept. 2006. IEEE, 2006. P. 112–115. doi: 10.1109/EURAD.2006.280286Donnet B., Longstaff I. D. MIMO Radar, Techniques and Opportunities. European Radar Conf., Manchester, UK, 13–15 Sept. 2006. IEEE, 2006, pp. 112–115. doi: 10.1109/EURAD.2006.280286Li Jian, Petre Stoica. MIMO Radar Signal Processing. New Jersey: Wiley-IEEE Press, 2008. 472 p.Li Jian, Petre Stoica. MIMO Radar Signal Processing. New Jersey, Wiley-IEEE Press, 2008, 472 p.Epperson J. F. An introduction to numerical methods and analysis. New York: John Wiley & Sons, 2002. 556 p.Epperson J. F. An Introduction to Numerical Methods and Analysis. New York, John Wiley & Sons, 2002, 556 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.