Экспериментальное исследование метода когерентной совместной обработки в распределенном автомобильном радаре

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

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. 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. 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.

1. Automotive 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_17

2. Waldschmidt 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.2020.3033616

3. Development 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/EnT47717.2019

4. Кузин 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: 10.32603/1993-8985-2021-24-3-39-48

5. Артюхин 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-2024-12-3-65-77

6. Coherent 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.2020.3034475

7. Steiner 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.2019.8698131

8. Frischen 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.2020.2998081

9. Oprisan D., Rohling H. Tracking Systems for Automotive Radar Networks // RADAR. 2002. Edinburgh, UK, 15–17 Oct. 2002. IEEE, 2002. doi: 10.1109/RADAR.2002.1174714

10. Fölster 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.2005.1435950

11. Coherent 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.2019.2916796

12. OFDM-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.2020.3026041

13. Donnet 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.2006.280286

14. Li Jian, Petre Stoica. MIMO Radar Signal Processing. New Jersey: Wiley-IEEE Press, 2008. 472 p.

15. Epperson J. F. An introduction to numerical methods and analysis. New York: John Wiley & Sons, 2002. 556 p.