In this paper, a human activity regeneration (HAR) system based on multiple input multiple output frequency modulation continuous wave (MIMO FMCW) radar was designed and implemented. Using point cloud data from MIMO radar sensors has advantages in terms of privacy, safety, and accuracy. For the implementation of the HAR system, a customized neural network based on PointPillars and depthwise separate convolutional neural network (DS-CNN) was developed. By processing high-resolution point cloud data through a lightweight network, high accuracy and efficiency were achieved. As a result, the accuracy of 98.27% and the computational complexity of 11.27M multiply-accumulates (Macs) were achieved. In addition, the developed neural network model was implemented on Raspberry-Pi embedded system and it was confirmed that point cloud data can be processed at a speed of up to 8 fps.
In order to obtain better target identification performance, an efficient waveform design method with high range resolution and low sidelobe level for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) multiple-input multiple-output (MIMO) radar is proposed in this paper. First, the wideband CP-based OFDM signal is transmitted on each antenna to guarantee large bandwidth and high range resolution. Next, a complex orthogonal design (COD) is utilized to achieve code domain orthogonality among antennas, so that the spatial diversity can be obtained in MIMO radar, and only the range sidelobe on the first antenna needs suppressing. Furthermore, sidelobe suppression is expressed as an optimization problem. The integrated sidelobe level (ISL) is adopted to construct the objective function, which is solved using the Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (BFGS) algorithm. The numerical results demonstrate the superiority in performance (high resolution, strict orthogonality, and low sidelobe level) of the proposed method compared to existing algorithms.
In this paper, we propose a new jammer suppression algorithm that uses orthogonal waveform space projection (OWSP) processing for a multiple input multiple output (MIMO) radar system exposed to a jamming signal. Generally, a conventional suppression algorithm based on adaptive beamforming (ABF) needs a covariance matrix composed of the jammer and noise only. By exploiting the orthogonality of the transmitting waveforms of MIMO, we can construct a transmitting waveform space (TWS). Then, using the OWSP processing, we can build a space orthogonal to the TWS that contains no SOI. By excluding the SOI from the received signal, even in the case that contains the SOI and jamming signal, the proposed algorithm makes it possible to evaluate the covariance matrix for ABF. We applied the proposed OWSP processing to suppressing the jamming signal in bistatic MIMO radar. We verified the performance of the proposed algorithm by comparing the SINR loss to that of the ideal covariance matrix composed of the jammer and noise only. We also derived the computational complexity of the proposed algorithm and compared the estimation of the DOD and DOA using the SOI with those using the generalized likelihood ratio test (GLRT) algorithm.
For the issue of subsurface target localization by reverse projection, a new approach of target localization with different distances based on symmetric sub-array multiple-input multiple-output (MIMO) radar is proposed in this paper. By utilizing the particularity of structure of the two symmetric sub-arrays, the received signals are jointly reconstructed to eliminate the distance information from the steering vectors. The distance-independent direction of arrival (DOA) estimates are acquired, and the localizations of subsurface targets with different distances are realized by reverse projection. According to the localization mechanism and application characteristics of the proposed algorithm, the grid zooming method based on spatial segmentation is used to optimize the locaiton efficiency. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed localization method and optimization scheme.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.28
no.10
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pp.819-824
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2017
This paper presents a target localization scheme for distributed Multi-input Multi-output(MIMO) radar system using ToA measurements obtained from multiple transmitter and receiver pairs. The proposed method can locate the target from an arbitrary initial point by iteratively finding the Taylor linear approximation equation. The simulation results show that proposed method achieves the better mean square error(MSE) performance than the existing target localization methods, and furthermore, attains Cramer-Rao Lower Bound(CRLB).
A frequency diverse array (FDA) multiple-input multiple-output (MIMO) radar employs a small frequency increment across transmit elements to produce an angle-range-dependent beampattern for target angle and range detection. The joint angle and range estimation problem is a trilinear model. The traditional trilinear alternating least square (TALS) algorithm involves high computational load due to excessive iterations. We propose a fast-convergence trilinear decomposition (FC-TD) algorithm to jointly estimate FDA-MIMO radar target angle and range. We first use a propagator method to obtain coarse angle and range estimates in the data domain. Next, the coarse estimates are used as initialized parameters instead of the traditional TALS algorithm random initialization to reduce iterations and accelerate convergence. Finally, fine angle and range estimates are derived and automatically paired. Compared to the traditional TALS algorithm, the proposed FC-TD algorithm has lower computational complexity with no estimation performance degradation. Moreover, Cramer-Rao bounds are presented and simulation results are provided to validate the proposed FC-TD algorithm effectiveness.
In this paper, an additional degree of freedom in phased multi-input multi-output (phased-MIMO) radar with any arbitrary desired covariance matrix is proposed using space-time codes. By using the proposed method, any desired transmit covariance matrix in MIMO radar (phased-MIMO radars) can be realized by employing fully correlated base waveforms such as phased-array radars and simply extending them to different time slots with predesigned phases and amplitudes. In the proposed method, the transmit covariance matrix depends on the base waveform and space-time codes. For simplicity, a base waveform can be selected arbitrarily (ie, all base waveforms can be fully correlated, similar to phased-array radars). Therefore, any desired covariance matrix can be achieved by using a very simple phased-array structure and space-time code in the transmitter. The main advantage of the proposed scheme is that it does not require diverse uncorrelated waveforms. This considerably reduces transmitter hardware and software complexity and cost. One the receiver side, multiple signals can be analyzed jointly in the time and space domains to improve the signal-to-interference-plus-noise ratio.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.29
no.6
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pp.464-472
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2018
Future spaceborne satellite synthetic aperture radar(SAR) system is expected to acquire high-resolution images over wide swath areas. Conventional SAR systems suffer from ambiguity problems in both azimuth and range directions that lead to image quality degradation. Recently, multiple input multiple output(MIMO) SAR techniques having multiple orthogonal waveforms are proposed to overcome the conventional ambiguity problems in wide-swath imaging modes. In this paper, noisy orthogonal frequency division multiplex(OFDM) waveforms are developed to reduce the ambiguity problems and suppress the image quality degradation. SAR simulations are performed to evaluate the performance of the proposed technique for wide-swath SAR imaging.
Compressive Sensing (CS) has been widely studied as a promising technique in many applications. The CS theory tells that a signal that is known to be sparse in a specific basis can be reconstructed using convex optimization from far fewer samples than traditional methods use. In this paper, we apply CS technique to Multiple-input multiple-output (MIMO) radar systems which employ uniform linear arrays (ULA). Especially, we investigate the problem of finding the direction-of-arrival (DOA) using CS technique and compare the performance with the conventional adaptive MIMO techniques. The results suggest the CS method can provide the similar performance with far fewer snapshots than the conventional adaptive techniques.
Lee, Kang-In;Kang, Wonjune;Yang, Hoon-Gee;Chung, Wonzoo;Kim, Jong Mann;Chung, Young-Seek
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.25
no.7
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pp.782-790
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2014
In this paper, we apply the 2-D Matrix Pencil Method(MPM) to the estimation of the direction of arrival(DOA) of multiple signals of interest(SOIs) in bistatic MIMO radar. The 2-D MPM shows remarkable performance under a low SNR environment and low computational complexity to estimate the DOA of multiple SOIs. Also, it is possible to estimate the direction of departure(DOD) which is an angle from transmitter to target. To verify the proposed algorithm, we applied the proposed algorithm to a uniformly spaced linear array(ULA) and compared the RMSE(Root Mean Square Error) of DOA and DOD under the various SNR with those of the 2-D Capon algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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