Giải pháp kiểm soát búp sóng phụ theo cự ly trong ra đa MIMO

Bài viết Giải pháp kiểm soát búp sóng phụ theo cự ly trong ra đa MIMO trình bày một giải pháp sử dụng bộ lọc không phối hợp để giảm thiểu tỷ số tổng hợp búp sóng bên (ISR) có ràng buộc tỷ số tỷ số tín/nhiễu (SNR) nhằm kiểm soát búp sóng phụ theo cự ly trong ra đa MIMO.

Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Giải pháp kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO Võ Văn Phúc* Viện Ra đa, Viện KH-CN quân * Email: phuchvktqs@gmail.com Nhận bài: 13/5/2022; Hoàn thiện: 08/6/2022; Chấp nhận đăng: 15/6/2022; Xuất bản: 28/6/2022 DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.80.2022.49-59 TÓM TẮT Ra đa MIMO cho phép phát xạ đồng thời nhiều dạng sóng từ nguồn phát riêng biệt khơng gian, điều làm tăng búp sóng phụ theo cự ly tác động chéo không tránh khỏi dạng sóng Bài báo trình bày giải pháp sử dụng lọc không phối hợp để giảm thiểu tỷ số tổng hợp búp sóng bên (ISR) có ràng buộc tỷ số tỷ số tín/nhiễu (SNR) nhằm kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO Từ khóa: Ra đa nhiều đầu vào - nhiều đầu (MIMO); SNR; ISR MỞ ĐẦU Các đa MIMO (MIMO: Multiple-Input, Multiple-Output) có nhiều ưu điểm so với hệ thống đa truyền thống nhiều ứng dụng [4, 6] cho phép phát xạ đồng thời nhiều dạng sóng từ nguồn phát tách biệt không gian Việc phát xạ nhiều dạng sóng khác cung cấp thêm nhiều bậc tự khai thác để làm tăng hiệu suất đa phát sinh nhược điểm làm tăng búp sóng phụ theo cự ly tác động chéo không tránh khỏi dạng sóng đa Các búp sóng bên phát lượng không mong muốn làm xuất thăng giáng cự ly vài phản xạ mục tiêu [1, 2-4] Mức búp sóng bên hạn chế khả phát mục tiêu nhỏ gần gây phát lầm Các búp sóng bên giảm chất lượng ảnh đa, làm giảm chất lựơng phát mục tiêu quan sát Để tạo ảnh, đa phân giải mục tiêu cự ly cự ly chéo để tạo ước lượng phản xạ vật phản xạ phân giải Các búp sóng bên từ địa vật mục tiêu cự ly thăng giáng phân giải đặc biệt đóng góp lượng khơng mong muốn Các xử lý tín hiệu đa truyền thống thường sử dụng lọc phối hợp Điều nhằm mục đích làm tăng tối đa tỷ số tín/nhiễu SNR (SNR: Signal to Noise Ratio) cự ly khơng tính đến lượng búp sóng bên nằm cự ly lân cận Trong đa MIMO, với nhược điểm nêu trên, mức búp sóng phụ cần phải kiểm sốt, thay cho lọc phối hợp trở nên không hiệu quả, lọc không phối hợp sử dụng Bộ lọc không phối hợp giải pháp hiệu để kiểm sốt búp sóng phụ [12, 14] Tuy nhiên, việc sử dụng lọc không phối hợp làm giảm SNR [10, 12-14] Bài báo đề xuất giải pháp kiểm sốt búp sóng phụ đa MIMO sử dụng lọc không phối hợp, áp dụng cho dạng sóng đơn phát triển cho trường hợp đa dạng sóng Giải pháp dựa nhận xét phản xạ cự ly đa MIMO thay đổi theo góc, điều cho phép kết hợp nén xung điều hướng cánh sóng thay cho việc thực riêng biệt trình Giải pháp đề xuất cho phép giảm thiểu tỷ số tổng hợp búp sóng bên ISR (ISR: Integrated Silelode Ratio) mà làm khơng giảm nhiều SNR (có ràng buộc SNR) NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Mơ hình tín hiệu đề xuất cấu trúc xử lý tín hiệu đa MIMO 2.1.1 Mơ hình tín hiệu đa MIMO Xét hệ thống đa MIMO sử dụng M phần tử phát, N phần tử thu Gọi ( ) véc tơ cột Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 49 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử độ dài M, phần tử véc tơ tương ứng dạng sóng đa Tín hiệu đa MIMO quan sát từ mục tiêu khơng có trễ (0 = 0), khơng có Doppler (v0 = 0) góc tới mục tiêu [12]: ( ) ( )( ( ) ( )) (1) Trong đó: ( ) véc tơ cột độ dài N, phần tử véc tơ tương ứng với tín hiệu thu nhận máy thu nhất; ( ) véc tơ điều hướng phát ( ) véc tơ điều hướng thu Tín hiệu quan sát từ mục tiêu máy thu (1) giống hệt có lệch pha Sự dịch chuyển pha thu nhận phần tử véc tơ điều hướng thu ( ) Mỗi máy thu quan sát kết hợp tuyến tính M dạng sóng truyền ( ), đó, kết hợp tuyến tính mô tả véc tơ điều hướng phát ( ) Q trình xử lý tín hiệu đa MIMO thực cách sử dụng lọc phối hợp lọc không phối hợp Phương pháp dùng lọc phối hợp trình bày [12], ưu điểm việc sử dụng lọc phối hợp tăng tối đa SNR ô cự ly nhược điểm khơng tính đến lượng búp sóng bên cự ly lân cận, nhược điểm thể rõ trường hợp đa MIMO sử dụng nhiều dạng sóng Khắc phục nhược điểm này, phương pháp dùng lọc không phối hợp sử dụng nhằm mục đích đạt ISR nhỏ Tuy nhiên, việc sử dụng lọc không phối hợp lại gây tổn hao SNR Phương pháp dùng lọc không phối hợp với cách tiếp cận khác để đạt ISR nhỏ giảm tổn hao SNR trình bày [6, 8, 11] Cách tiếp cận [6] giảm tổn hao SNR đáp ứng tiêu chí kiểm sốt mức búp sóng phụ cao Cách tiếp cận mở rộng [8] tiêu chí [8] kiểm sốt mức búp sóng phụ tích hợp (mức búp sóng phụ thấp phạm vi giới hạn) tiếp tục mở rộng [11] có tính đến hiệu ứng Doppler Hạn chế với [6] mức búp sóng phụ cao vùng quan tâm kiểm sốt mức búp sóng phụ cao nhất, cịn với [8, 11] mức búp phụ thấp vùng giới hạn lại cao vùng khác Bài báo giới thiệu cách tiếp cận khác, cách tiếp cận sử dụng tiêu chí kiểm sốt mức búp phụ tích hợp giống [8, 11] dựa nhận xét từ (1), phản xạ cự ly đa MIMO hàm góc tới mục tiêu Một cấu trúc xử lý tín hiệu MIMO dùng lọc không phối hợp đề xuất phần sau Cấu trúc cho phép kết hợp q trình nén xung điều hướng cánh sóng, thay áp dụng trình cách riêng lẻ Trong đó, việc giảm thiểu ISR tối ưu theo ràng buộc với tổn hao SNR cho phép 2.1.2 Đề xuất cấu trúc xử lý tín hiệu đa MIMO Hình (a) Cấu trúc xử lý tín hiệu đơn lọc; (b) Cấu trúc xử lý tín hiệu đa lọc Tín hiệu ghi nhận máy thu tương đồng với tỉ lệ biên độ (nếu máy thu khơng đồng nhất) có độ trễ Do đó, sử dụng nhiều kênh thu khơng có giá trị việc giảm búp sóng bên cự ly mà làm tăng thêm độ phân giải góc Thay xử lý đồng thời liệu từ tất kênh thu, trình nén cự ly nhận điều hướng cánh sóng phải tiến hành riêng biệt Hơn nữa, tất mục tiêu góc chiếu xạ tổ hợp tuyến tính dạng sóng, (1) tương ứng với việc đa phát dạng sóng đơn Ta xây dựng cấu trúc xử lý tín hiệu hình (a) Cánh sóng thu tạo hướng mong muốn, tổ 50 Võ Văn Phúc, “Giải pháp kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO.” Nghiên cứu khoa học công nghệ hợp N kênh thu thành kênh đơn, chứa thành phần M cảm biến Sau đó, lọc dùng để tiến hành đồng thời nén cự ly phát điều hướng cánh sóng Bộ lọc thiết kế để tối ưu phản xạ cự ly cho mục tiêu nằm góc quét cánh sóng Trường hợp đa phát nhiều dạng sóng, cấu trúc xử lý tín hiệu hình (b) sử dụng Với M dạng sóng, cần thiết kế M lọc lọc phải cho đáp ứng mong muốn với M dạng sóng Các xử lý tín hiệu đa MIMO hình (a), (b) gọi tương ứng cấu trúc xử lý tín hiệu đơn lọc cấu trúc cấu trúc xử lý tín hiệu đa lọc 2.1.3 Đáp ứng lọc không phối hợp MIMO Đáp ứng lọc không phối hợp hình (a) xây dựng, tương tự đáp ứng lọc phối hợp [12] Giả sử mục tiêu xuất góc , cánh sóng thu tạo cho góc θ, lọc đơn ( ) sử dụng để tiến hành đồng thời nén xung phát điều hướng cánh sóng Cơng suất thành phần mục tiêu đầu lọc không phối hợp với độ trễ độ lệch Doppler là: ( ) | ∫( ( ) |∫ ( ( ) ( )) ( ( )) ( ) ) | | | ( ) ( )| (2) Trong đó: ma trận hiệp biến riêng tạp nhiễu Búp sóng bên bên phụ thuộc vào kết tích chập đáp ứng xung ( ), thiết kế cho góc định, với tổ hợp tuyến tính dịch pha Doppler dạng sóng Trong đó, tổ hợp tuyến tính phụ thuộc vào góc tới mục tiêu , thông qua véc tơ điều hướng phát, ( ) So sánh với đáp ứng lọc phối hợp, đó, búp sóng bên phụ thuộc vào ma trận tương quan tín hiệu MIMO ( ), thơng qua [12]: | ( ) ( ) ( )| (3) Trong cấu trúc xử lý tín hiệu dùng lọc phối hợp, đầu phụ thuộc vào ma trận tương quan tín hiệu MIMO ( ), cịn cấu trúc xử lý tín hiệu đề xuất hình (a) lọc h(t) tự thiết kế để giảm thiểu búp sóng phụ Nếu sử dụng lọc phối hợp, kiểm sốt búp sóng phụ thơng qua thiết kế dạng sóng Bằng cách loại bỏ ràng buộc sử dụng lọc khơng phối hợp, giảm búp sóng phụ cách thiết kế lọc h(t) 2.2 Lọc ISR nhỏ cho dạng sóng đơn 2.2.1 Mơ hình tín hiệu Gọi s(t) dạng sóng đa coi { } biểu diễn rời rạc theo thời gian tín hiệu đó, ( ), khoảng lấy mẫu T Các mẫu nén thời gian dạng sóng giả định với tương ứng với xung đơn Giả sử rằng, dạng sóng biểu diễn K mẫu cho { } Một lọc kỹ thuật số { }, với L nhánh ( ) dùng để nén xung Mục tiêu để tìm nhánh lọc để giảm thiểu ISR thu Phản xạ lọc có độ dài L{ }, đến dạng sóng có độ dài K{ }, tích chập chuỗi ∑ (4) với k = 0, 1,…., K+L-1 Mỗi mẫu đầu ra, zk, coi đầu cho ô cự ly định Đầu lọc viết dạng véc tơ z có chiều dài (L+K-1) Nó tạo từ vector lọc có chiều dài L, w cơng thức: (5) Trong đó: ma trận tương can (K+L-1)xL s 2.2.2 Các tiêu chất lượng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 51 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử ISR định nghĩa tổng lượng búp sóng bên chia cho lượng đỉnh đáp ứng lọc Bộ lọc phối hợp có SNR cự ly mục tiêu lớn nhất, lọc ISR nhỏ để kiểm sốt búp sóng phụ lại làm giảm SNR Ta đánh giá ISR tổn hao SNR lọc không phối hợp ISR đặc trưng cho tổng lượng búp sóng bên phản xạ lọc { }, xác định (4) Để tính ISR, lấy cơng suất búp sóng phụ chia cho công suất đỉnh đáp ứng: ∑ | | Trong đó, vị trí mong muốn đỉnh p là: | (6) | ⌊ ⌋ (7) Cách chọn vị trí đỉnh tiện đỉnh nằm đáp ứng cự ly chứa K+L-1 mẫu Tổn hao SNR lọc hiểu tổn hao SNR so với lọc phối hợp: | | ‖ ‖ ‖ ‖ (8) Tổn hao SNR bị giới giạn < Ls < SNR < SNRmax Khi Ls = nghĩa khơng có tổn hao SNR so với lọc phối hợp Mục tiêu thiết kế thu ISR thấp tổn hao SNR gần tốt (= dB) 2.2.3 Phương pháp trực tiếp để thiết kế lọc tối ưu Để giảm thiểu ISR, lọc phải cho đáp ứng gần lý tưởng tốt, đó, có mẫu khác tất mẫu lại Đáp ứng mong muốn viết dạng: { (9) Trong đó: p vị trí mong muốn đỉnh xác định (7) Tổng bình phương sai số đáp ứng z đáp ứng mong muốn d là: ‖ ‖ ‖ ‖ (10) Lý tưởng trọng số phải thỏa mãn w cho Điều đòi hỏi phải giải hệ phương trình có số phương trình nhiều số ẩn, nhiên, sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất, giảm thiểu sai số Các trọng số tối ưu là: ( ) (11) Ma trận LxL, ma trận nghịch đảo trừ dạng sóng khơng cho tất mẫu ( = cho k = 0, 1… K-1) Vector trọng số tối ưu (11) cột p nghịch đảo giả ma trận tích chập; đó, nghịch đảo giả ma trận A, với cột độc lập tuyến tính là: ( ) (12) Vì ma trận Topelitz ma trận tích chập, lọc ISR tối thiểu mơ cách giải hệ phương trình cho vector trọng số tối ưu w: ( ) (13) 2.2.4 Phương pháp lặp để thiết kế lọc tối ưu Phương pháp trực tiếp để thiết kế lọc tối ưu đưa (11) Một cách khác ta sử dụng phương pháp lặp Phương pháp ổn định phương pháp trực tiếp cho phép tiếp cận lọc trung gian, cho phép tiến hành bù trừ ISR tổn hao SNR Một cách tiếp cận đơn giản áp dụng giảm gradient Bộ lọc phối hợp dùng làm lọc ban đầu , giảm thiểu tổn hao SNR khơng cho phép kiểm sốt ISR Nếu lọc sau bước lặp thứ n lọc lần lặp là: 52 Võ Văn Phúc, “Giải pháp kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO.” Nghiên cứu khoa học công nghệ ( ) (14) Trong đó: kích thước bước cho n = 0, 1,… Nếu bước đủ nhỏ trình lặp hội tụ đến lọc ISR nhỏ tối ưu Ta thấy rằng, ISR giảm chạy vòng lặp lúc đó, tổn hao SNR tăng 2.2.5 Bộ lọc ISR tối thiểu với ràng buộc tổn hao SNR Bộ lọc ISR tối thiểu xây dựng cách tối thiểu hóa tổng bình phương sai số xác định (10) tốn tối ưu khơng ràng buộc Sau thêm ràng buộc cho phép kiểm soát tổn hao SNR Bộ lọc thu lọc ISR tối thiểu với tổn hao SNR cho trước Tổn hao SNR xác định (8) phụ thuộc vào phản xạ lọc vị trí đỉnh mong muốn , tổng cơng suất tín hiệu , tổng công suất trọng số Hàm tổn hao (10) chế áp lọc có đỉnh khác với , tỷ lệ vector tín hiệu s ngẫu nhiên Chỉ cịn lại chuẩn vector trọng số w, từ đưa tốn tối ưu có ràng buộc: {‖ } ‖ ‖ ‖ (15) đại lượng vơ hướng y Đó tốn ràng buộc bình phương khả tích, giải phương pháp Lagrange [2] Toán tử Lagrange (15) cho nhân tử Langrange là: ( ) ‖ ‖ (‖ ‖ ) ( ) ( ) ( ) (16) Và Gradient toán tử Langrange là: ( ) ( ) (17) Đối với nhân tử Lagrange cho trước, tương ứng với tổn hao SNR đó, lọc ISR tối ) thiểu tìm cách giải ( , đó: ( ) ( ) (18) 2.2.6 Lọc ISR tối thiểu cho nhiều dạng sóng Bộ lọc ISR tối thiểu dùng cho trường hợp nhiều dạng sóng phát đồng thời đa MIMO } biểu Xem xét trường hợp đa MIMO truyền M dạng sóng Gọi { diễn mẫu dạng sóng sử dụng máy phát m Tín hiệu thu từ mục tiêu khơng trễ, khơng có hiệu ứng Doppler máy thu n là: ∑ (19) Trong đó: am bn tương ứng các phần tử vector điều hướng phát a vector điều hướng thu b Chú ý rằng, vector điều hướng phụ thuộc vào góc tới mục tiêu Khơng tính tổng qt, giả sử sử dụng kênh thu (N = 1) Trong trường hợp này, tín hiệu thu là: ∑ (20) Đây tổ hợp tuyến tính tín hiệu phát, đó, tổ hợp biểu diễn thành phần vector điều hướng phát, tổ hợp tuyến tính phụ thuộc vào góc tới mục tiêu Ví dụ, trường hợp mạng phẳng chứa phần tử giống nhau, mục tiêu tạo dạng sóng hiệu dụng tổng dạng sóng MIMO Nếu mẫu liệu tập hợp lại thành vector độ dài K, x ta có: (21) Trong đó: X ma trận dạng sóng MxK mà mẫu dạng sóng: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 53 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử ( ) (22) Đối với vector điều hướng phát/một góc mục tiêu cho trước, đa MIMO tương đương với đa đơn phát dạng sóng Điều cho phép sử dụng phương pháp thiết kế lọc ISR tối thiểu cho dạng sóng đơn để xử lý cho trường hợp MIMO KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3.1 Mơ với mã Kasami Việc tính tốn mơ thực phần mềm MATLAB với dạng sóng sử dụng mã Kasami Để đánh giá so sánh hiệu phương pháp đề xuất, việc tính tốn mô thực cho trường hợp: Sử dụng lọc phối hợp lọc không phối hợp, so sánh với kết phương pháp [11]; sử dụng dạng sóng nhiều dạng sóng, so sánh với việc sử dụng mã pha tạo ngẫu nhiên Mã Kasami [9] tổ hợp chuỗi nhị phân có hàm tương quan chéo tốt Các hàm tương quan chúng thoả mãn điều kiện giới hạn Sarwate [13] Giả sử m số nguyên chẵn, không âm Bộ mã Kasami nhỏ chứa ̂ /2 chuỗi nhị phân, độ dài chuỗi ̂ -1 Các mức búp sóng bên tạo rõ ràng phụ thuộc vào cách chọn dạng sóng Mặc dù có mã tốt mã Kasami đủ để chứng minh ưu điểm phương pháp lọc đề xuất so sánh với phương pháp lọc khác, có đặc tính tương quan chéo tốt có sẵn cho độ dài mã nên thuận lợi cho việc mở rộng chuỗi ứng dụng với đa MIMO nói riêng với hệ thống truyền thơng đa người dùng nói chung Ra đa MIMO yêu cầu số dạng sóng, tập trung cho trường hợp M = - Kết hình (M = 3, L = K = 1023) cho thấy đáp ứng lọc phối hợp có hiệu đỉnh búp sóng phụ tốt, tổng lượng búp sóng phụ lại cao, ISR cự ly gần đồng (-0,2 dB) Bộ lọc ISR tối thiểu cải thiện điều lên dB Điều cải thiện dùng lọc dài Kết việc thiết kế lọc khơng phối hợp, có độ dài gấp lần độ dài dạng sóng (M = 3, L = 4K) thể hình với ISR lên tới 14 dB Hình Đáp ứng lọc không phối hợp cho mã Kasami mục tiêu nằm ngang Doppler/góc mục tiêu với L=K Hình Đáp ứng lọc không phối hợp cho mã Kasami mục tiêu nằm ngang Doppler/góc mục tiêu với L=4K - Kết thể hình hình cho thấy, so với phương pháp [11], tuỳ thuộc vào yêu cầu K0, lọc tối ưu đề xuất đạt tổn hao SNR nhỏ phương pháp [11] đảm bảo mức búp sóng phụ gần (hình 4) số búp sóng phụ nhiều mức búp sóng phụ gần vùng quan tâm (hình 5) 54 Võ Văn Phúc, “Giải pháp kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình Đáp ứng lọc khơng phối hợp Hình Đáp ứng lọc không phối hợp búp sóng bên tối ưu K0=170 búp sóng bên tối ưu K0=500 1022 ô cự ly bên đỉnh 1022 ô cự ly bên đỉnh - Kết thể hình trường hợp sử dụng đồng thời nhiều dạng sóng Ngồi mã Kasami, thể kết cho tổ hợp mã pha tạo ngẫu nhiên Ta có số nhận xét sau: Hiệu suất ISR giảm không đáng kể thêm nhiều dạng sóng Tuy nhiên, có ngoại lệ, từ trường hợp dạng sóng (M = 1) đến trường hợp nhiều dạng sóng (M > 1) mã Kasami Mỗi mã Kasami có đặc tính tự tương quan tốt, nên ISR cho M = thường tốt so với mã pha tạo ngẫu nhiên Tuy nhiên, búp sóng phụ tổ hợp tăng lên ngang mức mã pha tạo ngẫu nhiên nhiều mã Kasami tổ hợp tuyến tính với M > Mặc dù mã Kasami có mức tương quan chéo đỉnh tương đối thấp, chúng cho ISR dùng lọc phối hợp Thêm nhận xét nhỏ thú vị là, ISR thay đổi dù (phần nhỏ dB) cách truyền bổ sung dạng sóng khẳng định lọc khơng phối hợp hồn tồn áp dụng trường hợp truyền đồng thời nhiều dạng sóng Hình ISR hàm số dạng sóng phát Biểu diễn kết cho mã Kasami (trái) mã pha ngẫu nhiên (phải) 3.2 Bù trừ ISR tổn hao SNR Phương pháp thiết kế lọc không phối hợp nêu dựa việc giải toán tối ưu nhằm giảm thiểu bình phương sai số phản xạ lọc phản xạ mong muốn lý tưởng Một giải pháp dạng đóng trình bày (17), chứa nghịch đảo giả Thay trực tiếp tìm trọng số tối ưu, phương pháp lặp (14) sử dụng dựa phương pháp giảm gradient Nó cho chuỗi lọc cho phép cải thiện dần ISR Nếu lọc phối hợp dùng làm điểm bắt đầu để khởi tạo thuật tốn, điều chỉnh với lọc dẫn đến tổn hao Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 55 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử SNR Kết sử dụng thuật tốn giảm gradient thể hình hình Hình Các kết cải thiện lặp lọc với M=3, tối ưu cho tất búp sóng bên Hình Các kết cải thiện lặp lọc với M=3 tối ưu với K0=170 1022 búp sóng bên hai bên đỉnh Phương pháp lặp đặc biệt tốt cho trường hợp u cầu gần khơng có búp sóng bên khoảng giới hạn (K0 < K) Có thể thấy rõ điều hình Ở đó, búp sóng bên thấp tuỳ ý xuất vùng quan tâm có tổn hao SNR thấp nhiều so với lọc tối ưu Điều trường hợp xảy điều kiện chặt chẽ hơn, thuận lợi cho việc sử dụng phương pháp lặp Phương pháp lặp cho ISR thấp khoảng -80 dB với tổn hao SNR khoảng -1.5 dB Phương pháp trực tiếp, thể hình cho ISR cực thấp, lại có tổn hao SNR lớn đáng kể, Ls = -17 dB Khi búp sóng bên tối ưu số lượng ô cự ly định, phương pháp lặp dùng ISR đủ thấp mức chấp nhận tổn hao SNR thấp nhiều so với phương pháp trực tiếp Trong hầu hết ứng dụng đa, kỹ sư hệ thống định mức ISR khơng yếu tố giới hạn hoạt động đa nữa, ví dụ: nhiễu búp sóng bên bị đẩy xuống nhiễu thiết lập nguồn khác Do đó, đưa định dừng lặp dựa ISR lớn chấp nhận Hiệu phương pháp giảm gradient với phương pháp tối ưu có ràng buộc biểu diễn hình hình 10 Như dự tính, phương pháp tối ưu có ràng buộc cho tổn hao SNR tốt so với phương pháp giảm gradient, cải thiện cịn hạn chế Hình Kết cải thiện lặp lọc với M=1 phương pháp giảm gradient tối ưu ràng buộc 56 Hình 10 Kết cải thiện lặp lọc với M=3 giảm thiểu K0=127 255 búp sóng bên mặt đỉnh Võ Văn Phúc, “Giải pháp kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 3.3 Độ ổn định lệch góc dịch tần Doppler Các lọc không phối hợp thành cơng việc cải thiện búp sóng phụ chúng thiết kế riêng cho dạng sóng hiệu chúng giảm sử dụng với dạng sóng khác Ví dụ điển hình việc có dịch tần Doppler (khơng bù được) tác động lên dạng sóng Mặc dù phản ứng lọc khơng phối hợp với dạng sóng tốt mức búp sóng phụ tổn hao SNR tăng lên nhiều áp dụng cho dạng sóng bị dịch tần Doppler Hình 11.Tổn hao SNR ISR theo dịch tần Doppler Các kết cho thấy việc giảm SNR tăng ISR áp dụng cho dạng sóng bị dịch tần Doppler thể hình 11 Chú ý rằng, tổn hao SNR tính so với trường hợp khơng có dịch tần Doppler cho lọc Hơn nữa, ISR tính so với đỉnh trường hợp khơng có dịch tần Doppler lo ngại búp sóng cự ly phụ tạo dịch tần Doppler gây nhiễu cho phản xạ từ mục tiêu Các lọc ổn định cách tối ưu đáp ứng khoảng Doppler Có thể loại bỏ dịch tần Doppler tạo chuyển động đài, điều cần thiết cho nhóm góc có độ lệch búp sóng cao Những mục tiêu mặt đất khơng chuyển động đủ nhanh phía đa xa đa để tạo dịch tần Doppler đủ lớn Hình 12 ISR hàm lệch góc Một lo ngại việc kiểm sốt búp sóng phụ bị giảm chất lượng mục tiêu lệch góc Giải pháp đề xuất dùng để thiết kế lọc tối ưu với góc mục tiêu cụ thể Như nêu, lọc đạt hiệu cao mục tiêu nằm trung tâm cánh sóng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN qn sự, Số 80, - 2022 57 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử tạo ra, hiệu bị giảm mục tiêu lệch khỏi góc trung tâm Điều thể ví dụ hình 12, ISR biểu diễn so với trường hợp dịch góc Ở lọc khơng phối hợp thiết kế cho mục tiêu , ISR tính cho đỉnh phản xạ mục tiêu Các mạng phát thu mạng tuyến tính đồng dạng tạo từ mạng với độ rộng cánh sóng 10 độ Mặt mở phát dài lần mặt mở thu (M = 3, N = 1) Mặc dù mục tiêu tâm cánh sóng có búp sóng phụ thấp, mục tiêu lệch góc có búp sóng phụ cao dùng giải pháp lọc không phối hợp nêu Giải pháp đề xuất tối ưu đáp ứng cho góc mục tiêu Phương pháp ổn định với việc thực bù góc, nhiên việc hiệu dải góc hẹp Hướng phát triển nghiên cứu giải pháp lọc không phối hợp đề xuất, tối ưu dải góc rộng hay tồn góc KẾT LUẬN Bài báo trình bày giải pháp sử dụng lọc không phối hợp để thiết kế lọc tối ưu nhằm kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO Giải pháp đề xuất dựa nhận xét rằng, phản xạ cự ly MIMO thay đổi theo góc Điều dẫn đến việc kết hợp nén xung điều hướng cánh sóng, thay áp dụng trình cách riêng lẻ Giải pháp có ưu điểm giảm thiểu ISR mà không làm giảm SNR nhiều so với phương pháp khác Hạn chế của giải pháp hiệu giảm xuống có dịch tần Doppler lệch góc, hạn chế khắc phục phần nhờ khâu bù dịch tần Doppler bù góc việc nghiên cứu phát triển, mở rộng giải pháp để khắc phục triệt để hạn chế cần tiếp tục tương lai Cách tiếp cận để tạo lọc có ISR nhỏ đề xuất khác với phương pháp đề xuất nghiên cứu trước [6, 8, 11] góc độ Thứ nhất, góc định, cần tối ưu mức búp sóng phụ cho tổ hợp tuyến tính cụ thể dạng sóng phát, phương pháp trước lại phát triển lọc đồng thời tối ưu búp sóng phụ cho tất tổ hợp tuyến tính dạng sóng phát Bằng cách kết hợp thao tác điều hướng cánh sóng nén xung, điều khiển búp sóng bên cách tốt Thứ hai, phương pháp cho phép sử dụng lọc với dài bất kì, từ cho phép kiểm sốt búp sóng phụ tốt Vì lý đó, đề xuất báo cơng cụ hiệu để kiểm sốt búp sóng phụ đa MIMO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ackroyd, M., and Ghani, F., “Optimum mismatched filters for sidelobe suppression”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 9, 2, pp 214-218, (1973) [2] Boyd, S., and Vandenberghe, L., “Convex Optimization” Cambridge University Press, Cambridge, (2004) [3] Rihaczek, A W., and Golden, R M., “Range sidelobe suppression for Barker codes”, IEEE Transactions On Aerospace And Electronc Systems, 7,6, pp 1087-1092, (1971) [4] Zoraster, S “Minimum peak range sidelobe filters for binary phase-coded waveforms”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 16, 1, pp 112-115, (1980) [5] Griep, K R., Ritcey, J A., and Burlingame, J J., “Poly-phase codes and optimal filters for multiple user ranging”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 31, 2, pp 752-767, (1995) [6] Li, J., Stoica, P., and Zheng, X., “Signal synthesis and receiver design for MIMO radar imaging”, IEEE Transactions on Signal Processing, 56, 8, pp 3959-3968, (2008) [7] Hu, L., Liu, H., Feng, D.-Z., Jiu, B., Wang, X., and Wu, S., “Optimal mismatched filter bank design for MIMO radar via convex optimization”, In 2010 International Waveform Diversity and Design Conference, Niagra Falls, ON, (2010) [8] Ma, C., Yeo, T S., Tan, C S., Qiang, Y., and Zhang, T., “Receiver design for MIMO radar range sidelobes suppression”, IEEE Transactions on Signal Processing, 58, 10, pp 5469-5474, (2010) [9] Kasami, T., “Weight distribution formula for some class of cyclic codes”, University of Illinois, Tech, Rep, R-25, (1996) 58 Võ Văn Phúc, “Giải pháp kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO.” Nghiên cứu khoa học công nghệ [10] Zou, B., Dong, Z., and Liang, D., “Design and performance analysis of orthogonal coding signal in MIMO-SAR”, Science China Information Sciences, 54, 8, pp 1723-1737, (2011) [11] Hua, G., and Abeysekera, S., “Receiver design for range and Doppler sidelobe suppression using MIMO and phased-arrayradar”, IEEE Transactions on Signal Processing, 61, 6, pp 13151326, (2013) [12] Davis, M S., Showman, G.A., and Lanterman, A.D., “Coherent MIMO radar: The phased array and orthogonal waveforms”, IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 29, 8, Part II, pp 76-90, (2014) [13] Sarwate, D., and Pursley, M., “Crosscorrelation properties of pseudorandom and related sequences”, Proceedings of the IEEE, 68, 5, pp 593-619, (1980) [14] Wang, H., and Cai, L., “On adaptive spatial-temporal processing for airborne surveillance systems”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 30, 3, pp 660-670, (1994) ABSTRACT A method range sidelobes control for a MIMO radar MIMO radar allows simultaneous emission of multiple waveforms from separate transmitters in space, which will increase the sidelobes with distancs due to the inevitable crossover between the waveforms This paper presents a solution using the un-matched filter to minimize interference-signal-ratio (ISR) with a constrained signai-to-noise ratio (SNR) to control the sidelobe with distance in the MIMO radar Keywords: Multiple-input; Multiple-output radar (MIMO) Radar; SNR; ISR Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 59 ... trình bày giải pháp sử dụng lọc không phối hợp để thiết kế lọc tối ưu nhằm kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO Giải pháp đề xuất dựa nhận xét rằng, phản xạ cự ly MIMO thay đổi theo góc Điều... Phúc, ? ?Giải pháp kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO. ” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình Đáp ứng lọc khơng phối hợp Hình Đáp ứng lọc không phối hợp búp sóng bên tối ưu K0=170 búp sóng bên... ứng với việc đa phát dạng sóng đơn Ta xây dựng cấu trúc xử lý tín hiệu hình (a) Cánh sóng thu tạo hướng mong muốn, tổ 50 Võ Văn Phúc, ? ?Giải pháp kiểm sốt búp sóng phụ theo cự ly đa MIMO. ” Nghiên