비동기식 레이더의 검출 성능 비교: MIMO 레이더, 위상 배열 레이더, 지향성 MIMO 레이더

Abstract

기존의 위상 배열 레이더는 인접한 안테나 단일 파형의 위상차를 이용하여 특정 방향으로 신호를 집중시키는 방식이다. 반면, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 레이더는 다수 파형을 넓게 분포한 안테나를 통해 전송하는 방식이다. 이때, 다수의 파형과 넓게 분포한 안테나로부터 발생한 공간 다이버시티를 높은 SNR (Signal-Noise Ratio) 영역에서는 위상 배열 레이더보다 우수한 타켓 검출 성능을 보인다. 하지만, 낮은 SNR 영역에서는 신호를 집중시켜 어레이 이득을 얻는 위상 배열 레이더가 더 좋은 성능을 나타낸다. 본 논문에서는 MIMO 레이더에 위상 배열 안테나를 결합하여 다이버시티 이득과 어레이 이득을 모두 얻을 수 있는 지향성 MIMO 레이더의 검출 성능을 비교해 본다. 이와 더불어 실제 시스템에서 발생할 수 있는 지향각 오차에 대한 민감도가 성능에 미치는 영향을 분석허여, RF 장비의 수가 제한적이고 타켓 검출 성능이 제한적인 상황에서 각 레이더 성능을 비교하였다. In a traditional phased array radar, closely spaced antenna elements transmit a scaled version of single waveform to maximize the signal energy. On the contrary, a multiple-input multiple-output (MIMO) radar consists of widely separated antennas and transmits an arbitrary waveform from each antenna element. These waveforms and spatial diversity enable superior capabilities compared with phased array radar. At high signal-to-noise ratio (SNR), the detection performance of the MIMO radar is better than the phased array radar due to the diversity gains. However, the phased array radar outperforms the MIMO radar at low SNR, due to the energy maximization. In this paper, we investigate the compromised scheme between the MIMO radar and the phased array radar. Employing the MIMO radar equipped with phased array elements, the compromised scheme achieves both array gain and diversity gain. Also, we compare the performance degradation when the steering direction is incorrect.