مقارنة أداء رادار MIMO ورادار المصفوفات الطورية باستخدام خوارزميات معالجة الإشارة المتقدمة

الملخص

يُجري هذا البحث تحليلاً مُقارناً شاملاً لأنظمة الرادار متعدد المداخل والمخارج MIMO ورادار المصفوفات الطورية، من خلال تقييم أدائها باستخدام خوارزميات معالجة إشارة متعددة عالية الدقة مُطبقة في بيئة MATLAB. تستخدم الدراسة تقنيات تصنيف الإشارات المتعددة MUSIC، والاستجابة الخالية من التشويه ذات التباين الأدنى MVDR، وتقدير بارامترات الإشارة ESPRIT عبر تقنيات الثبات الدوراني (Rotational Invariance)، والمعالجة التكيفية المكانية والزمانية STAP، وترشيح كالمان Kalman، ومعدل الإنذارات الخاطئة الثابت CFAR، والبرمجة التربيعية المتسلسلة SQP، والتحسين القائم على نيوتن Newton_like، وذلك لتقييم بارامترات مهمة مثل الدقة الزاوية، واحتمالية اكتشاف الأهداف، وكبح التشويش، والكفاءة الحسابية.

تُظهر نتائج المحاكاة أن رادارات MIMO تستفيد من التنوع المكاني لتتفوق على المصفوفات الطورية في اكتشاف الأهداف المتعددة فيتمكّن رادار MIMO من كشف وتحديد بارامترات ما يصل إلى 16 هدفاً في وقت واحد، مقارنة بـ 6 أهداف فقط في رادار المصفوفة الطورية تحت نفس الظروف. وتتمتع بمتانة عالية في مواجهة التداخل، خاصةً عند دمجها مع MUSIC وESPRIT لتقدير اتجاه الوصول DOA بدقة عالية فيحقق رادار MIMO دقة زاوية تصل إلى ‎0.5°، مقارنة بـ ‎2° في الرادار ذي المصفوفة الطورية. ويتفوق رادار MIMO في دقة تقدير المدى والسرعة، وذلك بفضل التنوع المكاني وتشكيل المصفوفة الافتراضية. في المقابل، تتميز رادارات المصفوفات الطورية بسرعة فائقة في توجيه الحزمة، وقدرة على التكيف في الزمن الحقيقي عند دمجها مع MVDR وSTAP في البيئات الديناميكية. تُعزز مرشحات كالمان وCFAR استقرار التتبع في كلا النظامين، بينما تُعزز طريقتا SQP وNewton_like نقاء الحزمة الرئيسية. حيث تحققان انخفاضاً ملحوظاً في الفصوص الجانبية مقارنة بالتصميم التقليدي لشكل الحزمة، مما يعزز ويُحسّن كفاءة الطاقة.