طراحی ماتریس کواریانس سیگنال ارسالی در رادار MIMO همبسته با احتمال بالا در آشکارسازی هدف

وحدانی, روح الله; خالقی بیزکی, حسین; فلاح, محسن

طراحی ماتریس کواریانس سیگنال ارسالی در رادار MIMO همبسته با احتمال بالا در آشکارسازی هدف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

² دانشگاه مالک اشتر

چکیده

این مقاله به طراحی ماتریس کواریانس سیگنال ارسالی در رادار MIMO همبسته می‌پردازد. ماتریس کواریانس سیگنال ارسالی مستقیماً بر روی عملکرد رادار ازجمله الگوی پرتو دریافتی و نسبت سیگنال به تداخل به‌علاوه نویز و متعاقباً احتمال آشکارسازی اثرگذار است. با طراحی ساختار ماتریس کواریانس می‌توان شکل موج مناسب را نیز در فرستنده به‌دست آورد. ازجمله چالش‌های موجود در طراحی ماتریس کواریانس، سطح بالای گلبرگ فرعی در الگوی پرتو دریافتی و همچنین لزوم استفاده از چندین تولیدکننده شکل‌موج در رادارهای چند آنتنی است. ساختار پیشنهادی برای ماتریس کواریانس، دارای گلبرگ فرعی بسیار پایین‌تر نسبت به سایر طرح‌های متداول است. همچنین این طرح دارای احتمال آشکارسازی بهتری نسبت به سایر روش‌ها بوده و دارای فرستنده ساده‌تری نیز هست. طرح پیشنهادی، نشان می‌دهد که با یک شکل‌موج بسیار ساده BPSK قابل پیاده‌سازی بوده و بنابراین برخلاف روش‌های دیگر، نیازی به استفاده از چندین تولیدکننده شکل‌موج در فرستنده نیست. این موضوع موجب کاهش قابل ‌ملاحظه هزینه در طراحی فرستنده خواهد شد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که الگوی پرتو دریافتی طرح پیشنهادی دارای گلبرگ‌های فرعی پایین‌تری نسبت به روش‌های دیگر بوده و همچنین در یک احتمال هشدار غلط ثابت دارای احتمال آشکارسازی بالاتری نسبت به رادار MIMO همبسته می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23454024.1399.8.1.2.7

عنوان مقاله [English]

Transmit Covariance Matrix Signal Design in Correlated MIMO Radar with High Probability in Target Detection

نویسندگان [English]

R. Vahdani ¹
H. Khaleghi ²
M. Fallah ¹

¹ Department of Electrical and computer engineering, Maleke Ashtar University of Technology

² Malek Ashtar university of technology

چکیده [English]

This paper designs the transmit covariance matrix in the correlated MIMO radar. Covariance matrix of the transmit signal directly affects the performance of radar, including the received beam pattern and the signal-to- interference plus noise ratio (SINR), and consequently the probability of detection. By designing the structure of the covariance matrix, the appropriate transmit waveform can also be obtained. Among the challenges in designing a covariance matrix is the high side lobe levels (SLLs) in the received beam pattern, as well as the need to use several high-cost waveform generators in multi-antenna systems. The proposed structure for the covariance matrix in this paper has much lower SLLs than other existing designs. It has not only a better detection probability than other methods, but also has a simpler transmitter. It is shown that the proposed design can be implemented with a very simple BPSK waveform, so unlike other methods, there is no need to use multiple waveform generators in the transmitter. This will significantly reduce the cost of the transmitter. Simulation results demonstrate that the receive beampattern of the proposed scheme has much lower SLLs and for the constant false alarm rate, it has higher detection probability in comparison with correlated MIMO radar.

کلیدواژه‌ها [English]

Covariance Matrix Design
Receive Beampattern
SINR
Detection Probability

مراجع

[1] Skolnik, M. I.; “Introduction to Radar Systems”; 3^rd ed. NY: Mc-Graw-Hill, 2001.##

[2] Li, J.; Stoica, P. “MIMO Radar Signal Processing”; Wiley-IEEE Press, 2008.##

[3] Levanon N.; Mozeson E., “Radar Signals”; Wiley-IEEE Press, 2004.##

[4] Fishler, E.; Haimovich, A.; Blum, R.; Chizhik, D; Cimini, L.; Valenzuela, R. “Mimo Radar: An Idea Whose Time Has Come,” in Proc. IEEE Radar Conf., Philadelphia, PA, USA,, pp. 71-78, 2004.##

[5] A. Haimovich, R. Blum, and L. Cimini, “MIMO radar with widely separated antennas,” IEEE Signal Process. Mag., vol. 25, pp. 116–129, 2008.##

[6] J. Li and P. Stoica, “MIMO radar with colocated antennas,” IEEE Signal Process. Mag., vol. 24, pp. 106–114, Sep. 2007.##

[7] P. Stoica, J. Li, and X. Zhu, “Waveform synthesis for diversity-based transmit beampattern design,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 56, no. 6, pp. 2593–2598, Jun. 2008.##

[8] B. Friedlander, “On transmit beamforming for MIMO radar,” IEEE Trans. Aerosp. Electorn. Syst., vol. 48, no. 4, pp. 3376–3388, Oct. 2012.##

[9] X. Zhang, Z. He, L. Rayman-Bacchus, and J. Yan, “MIMO radar transmit beampattern matching design,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 63, no. 8, pp. 2049-2056, Apr. 2015.##

[10] S. Ahmed, J. Thompson, B. Mulgrew, "Finite alphabet constant envelope waveform design for MIMO radar beampattern", IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 59, no. 11, pp. 5326-5337, 2011.##

[11] D. R. Fuhrmann and J. S. Antonio, “Transmit beamforming for MIMO radar systems using signal cross-correlation,” IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 44, no. 1, pp. 171–185, Jan. 2008.##

[12] S. Ahmed, M. Alouini, "MIMO radar waveform covariance matrix for high SINR and low side-lobe levels", IEEE Trans. Signal Process., vol. 62, no. 8, pp. 2056-2065, Apr. 2014.##

[13] Cheng, Z.; He, Z.; Liao, B.; Fang, M. "MIMO Radar Waveform Design With PAPR And Similarity Constraints", IEEE Trans. Signal Processings, vol. 66, no. 4, pp. 968-981, Feb. 2018.##

[14] Fan, W.; Liang, J.; Li, J. "Constant Modulus Mimo Radar Waveform Design With Minimum Peak Sidelobe Transmit Beampattern", IEEE Trans. Signal Processings., vol. 66, no. 16, pp. 4207-4222, Aug. 2018.##

[15] Imani, S.; Nayebi, M. M.; Ghorashi, S. A. "Colocated MIMO Radar SINR Maximization Under ISL And PSL Constraints", IEEE Signal Process. Letters, vol. 25, no. 3, pp. 422-426, Mar. 2018.##

[16] Bolhasani, M.; Imani, S.; Ghorashi, S. A. “Covariance matrix design to increase SINR in presense of signal-dependent interference”; Iranian Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE). 2018, vol. 16, no. 2, pp. 129-134 (In Persian), 2018.##

[17] Tadayon, A. A.; Derakhtian, M.; Nayebi, M. M.; Aref, M. R. “GLR Detector for Coded Signals in Noise and Interference,” Scientica Iranica., vol. 15, no. 2, pp. 170–174, mar. 2008.##

[18] De Maio, A.; Lops, M. “Design Principles of MIMO Radar,” IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 43, no. 3, pp. 886–898, Jul. 2007.##

[19] Liu, J.; Li, J. “False Alarm Rate Of The GLRT For Subspace Signals In Subspace Interference Plus Gaussian Noise,” IEEE Trans. Signal Processings, vol. 67, no. 11, pp. 3058–3069, Jun. 2019.##

[20] Hassanien, A.; Vorobyov, S. A. “Phased-MIMO Radar: A Tradeoff between Phased-Array and Mimo Radars,” IEEE Trans. Signal Processings, vol. 58, no. 6, pp. 3137–3151, Jun. 2010.##

[21] Milne, K. “Phased Arrays in Radar,” IEE Tutorial Meeting on Phased Array Radar, London, U.K., 1989, 2/1-2/30.##

Norouzi, Y.; Kashani, E. S. “Radar Performance Estimation Using ELINT Gathered Data”; Passive Defence Sci. & Tech., vol. 3, no. 4, pp. 339-347 (In Persian), 2013.##