1 / 72

TUTORI ÁL 2.

LRAR – Radioloka ční a radionaviga ční systémy. TUTORI ÁL 2. Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně. LRAR : TUTORIÁL 2 - TÉMATA. Měřicí signály radarů Principy detekce cílů Efekty pohyblivých cílů Funkce neurčitosti Metody IPC (indikace pohyblivých cílů)

chibale
Télécharger la présentation

TUTORI ÁL 2.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. LRAR – Radiolokační a radionavigační systémy TUTORIÁL 2. Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně

  2. LRAR: TUTORIÁL 2 - TÉMATA • Měřicí signály radarů • Principy detekce cílů • Efekty pohyblivých cílů • Funkce neurčitosti • Metody IPC (indikace pohyblivých cílů) • Metoda SAR (syntetická apertura) • Multistatický radar • Sekundární radar • Pasivní radary Radiolokační systémy

  3. LRAR-T2:Měřicí signály radarů (1/9) • Signály pro kontinuální radary • CW(Continuous Wave)– trvalá nosná = dopplerovské zpracování • FM-CW – frekvenční rozmítání (po částech lineární modulační signál – pilovitý průběh • CW-CM – trvalá nosnás fázovou modulací s PRN Radiolokační systémy

  4. LRAR-T2:Měřicí signály radarů (2/9) • Signály pro impulsní radary • IM– pravoúhlé pulsy bez vnitropulsní modulace • IM-LFM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní lineární frekvenční modulací • IM-AWLFM – pulsy s vnitropulsní lineární frekvenční modulací a amplitudovým váhováním Radiolokační systémy

  5. LRAR-T2:Měřicí signály radarů (3/9) • Signály pro impulsní radary • IM-NFM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní nelineární frekvenční modulací (Nonlinear Frequency Modulation) • IM-SFM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní modulací s frekvenčními skoky (Step Frequency Modulation) Radiolokační systémy

  6. LRAR-T2:Měřicí signály radarů (4/9) • Signály pro impulsní radary • IM-BPM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní binární fázovou modulací (Bakerovy kódy s minimální úrovní autokorelačních postranních laloků) • IM-PPM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní polyfázovou modulací (Frankovy kódy, Px-kódy, Zadoff-Chu kódy) Radiolokační systémy

  7. LRAR-T2:Měřicí signály radarů (5/9) • Signály pro impulsní radary • IM-MCPC – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní fázovou modulací s více nosnými (Multicarrier Phase-Coded Signals) • Wn je komplexní váha n-té nosné • An,mje m-tý element modulační sekvence n-té nosné | An,m|= 1 • s(t) = 1 pro 0 ≤ t < tb Radiolokační systémy

  8. LRAR-T2:Měřicí signály radarů (6/9) Schéma obecné struktury MCPC • Požadována ortogonalita subnosných (OFDM) a redukce PMEPR (Peak-to-Mean Envelope Power Ratio) Radiolokační systémy

  9. LRAR-T2:Měřicí signály radarů (7/9) • Signály pro impulsní radary • Koherentní vs. nekoherentní IM signály • Koherentní signál = v každém pulsu shodná počáteční fáze • Systémově se koherence zajišťuje pomocí společných oscilátorů pro vysílání a příjem • COHO (Coherent Oscillator)– oscilátor pro synchronní modulaci a detekci • STALO (Stable Local Oscillator)– společný vysoce stabilní lokální oscilátor pro směšovač v přijímači i ve vysílači Radiolokační systémy

  10. LRAR-T2:Měřicí signály radarů (8/9) • Korelační funkce • IM – pravoúhlé pulsy bez vnitropulsní modulace Radiolokační systémy

  11. LRAR-T2:Měřicí signály radarů (9/9) • IM-BPM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní binární fázovou modulací (kód Baker 13) • Kompresní poměr Radiolokační systémy

  12. LRAR-T2:Detekce cílů (1/25) • Detekce cílů je proces rozhodování o přítomnosti nebo nepřítomnosti cíle na základě přijatého signálu νenv(t) pro každou rozlišovací buňku = řešení binární hypotézy na základě vhodně zvoleného prahu VTH(Threshold): H1 – cíl je přítomen H0 – cíl není přítomen Radiolokační systémy

  13. LRAR-T2:Detekce cílů (2/25) • PrD je pravděpodobnost správné detekce (rozhodnutí) • PrFA je pravděpodobnost falešného poplachu(False Alarm) • PrMD je pravděpodobnost nedetekce(Missed Detection) Radiolokační systémy

  14. LRAR-T2:Detekce cílů (3/25) • Zpracování reálného radiolokačního signálu – jedno měření • Pin(r) je vstupní výkon signálu odpovídající času měření pro rozlišovací buňku ve vzdálenostir • Rozlišovací buňka je 1km Radiolokační systémy

  15. LRAR-T2:Detekce cílů (4/25) • Zpracování reálného radiolokačního signálu – série měření Radiolokační systémy

  16. LRAR-T2:Detekce cílů (5/25) • Obálkový detektor • Přijímač superheterodyn – zpracování pásmového signálu – popis pomocí komplexní obálky • Druhý detektor – odstranění nosného signálu a získání modulačního signálu ozvy (komplexní obálky) • lineární vs. kvadratický Radiolokační systémy

  17. LRAR-T2:Detekce cílů (6/25) • Pravděpodobnost falešného poplachu • Uvažujme na vstupu IF filtru šum s gaussovským rozdělením hustoty pravděpodobnosti amplitudy • νje napěťová úroveň šumu • Nje střední hodnota výkonu šumu • Po průchodu obálkovým detektorem má hustota pravděpodobnosti šumové obálky νenv rozdělení Rayleighovo: Radiolokační systémy

  18. LRAR-T2:Detekce cílů (7/25) • Pravděpodobnost toho, že hodnota obálky šumu překročí hodnotu prahu (VTH = napěťová úroveň) je • Tato pravděpodobnost přímo odpovídá pravděpodobnosti falešného poplachu • V praxi je problematické měřit hustotu pravděpodobnosti • Lépe se určuje tzv. střední doba mezi falešnými poplachy (False-Alarm Time): Radiolokační systémy

  19. LRAR-T2:Detekce cílů (8/25) • Tk jsou jednotlivé naměřené doby mezi falešnými poplachy • tk jsou naměřené doby trvání falešných poplachů Radiolokační systémy

  20. LRAR-T2:Detekce cílů (9/25) • pak pravděpodobnost falešného poplachu • B je šířka pásma IF zesilovače radaru • a střední dobu mezi falešnými poplachy lze vyjádřit Radiolokační systémy

  21. LRAR-T2:Detekce cílů (10/25) Příklad 12: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Na jakou napěťovou úroveň je třeba nastavit práh pro radar se šířkou pásma 10 MHz, je-li spektrální hustota šumu na vstupu rozhodovacího obvodu -150 dBm/Hz a požadovaná pravděpodobnost falešného poplachu je 0,05%? Určete rovněž střední dobu mezi falešnými poplachy. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Radiolokační systémy

  22. LRAR-T2:Detekce cílů (11/25) • Pravděpodobnost falešného poplachu prodecibelový poměr mezi prahem a střední hodnotou výkonu šumu platí • Dvojka u výkonu šumu je dána dvoustrannou spektrální hustotou výkonu šumu Radiolokační systémy

  23. LRAR-T2:Detekce cílů (12/25) • Závislost pravděpodobnosti falešného poplachu nadecibelovém poměru mezi prahem a střední hodnotou výkonu šumu Radiolokační systémy

  24. LRAR-T2:Detekce cílů (13/25) • Závislost pravděpodobnosti střední doby mezi falešnými poplachy naTNR a B Radiolokační systémy

  25. LRAR-T2:Detekce cílů (14/25) • Pravděpodobnost detekce • Uvažujme-li na vstupu IF filtru sinusový signál ozvy s amplitudou A současně se šumem s gaussovským rozdělením hustoty pravděpodobnosti amplitudy, pak na výstupu obálkového detektoru bude mít amplituda signálu se šumem s Riceovo rozdělení • I0 je modifikovaná Besselova funkce 1. druhu nultého řádu Radiolokační systémy

  26. LRAR-T2:Detekce cílů (15/25) • Pravděpodobnost toho, že hodnota obálky signálu se šumem překročí hodnotu prahu (VTH = napěťová úroveň) je • Tato pravděpodobnost přímo odpovídá pravděpodobnosti detekce • V praxi je komplikované tuto pravděpodobnost určit • Proto se v praxi se určuje potřebný poměr S/N pro signál ozvy pro danou pravděpodobnost falešného poplachu a pravděpodobnost detekce pomocí zjednodušujících Albersheimovy rovnice Radiolokační systémy

  27. LRAR-T2:Detekce cílů (16/25) kde Radiolokační systémy

  28. LRAR-T2:Detekce cílů (17/25) • Rayleighovo vs. Riceovo rozdělení Radiolokační systémy

  29. LRAR-T2:Detekce cílů (18/25) Příklad 13: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Pro systém z příkladu 12 určete potřebný poměr signál ku šumu pro zajištění 95%pravděpodobnosti detekce cíle. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Radiolokační systémy

  30. LRAR-T2:Detekce cílů (19/25) • Detekční kritéria – metody určení prahu • Maximalizace pravděpodobnosti detekce pro požadovanou pravděpodobnost falešného poplachu • Neyman-Pearsonův teorém • Metody CFAR (Continuous False Alarm Radar) • Automatické nastavení prahu tak, aby PrFA = konstantě Radiolokační systémy

  31. LRAR-T2:Detekce cílů (20/25) • Optimální detektor = max. poměr S/N pro předpokládaný tvar pulzu ozvy • Aplikace přizpůsobeného filtru • Výstupní signál za přizp. filtrem: • Ve frekvenční oblasti • hMF(t) je impulsní odezva přizpůsobeného filtru Radiolokační systémy

  32. LRAR-T2:Detekce cílů (21/25) • HMF() je frekvenční odezva přizpůsobeného filtru • Přizpůsobený filtr (Matched Filter) lze popsat • Aje zisk filtru (libovolný) • Tzje časové zpoždění filtru (libovolné) • Lze realizovat FIR strukturou Radiolokační systémy

  33. LRAR-T2:Detekce cílů (22/25) • Za přizpůsobeným filtrem získáme signál • R(·) je autokorelační funkce impulsního signálu • Bude-li mít vstupní signál (ozva) tvar • a je amplituda ozvy na vstupu • Tdelay je zpoždění signálu vyslaného signálu sTX Radiolokační systémy

  34. LRAR-T2:Detekce cílů (23/25) • Za přizpůsobeným filtrem získáme signál (neuvažujeme ad. šum) • RTX(·) je autokorelační funkce vyslaného impulsního signálu (IM-LFM) Radiolokační systémy

  35. LRAR-T2:Detekce cílů (24/25) • Pro určení šikmé dálky cíle je třeba hledat maximum signálu za detektorem Radiolokační systémy

  36. LRAR-T2:Detekce cílů (25/25) • Autokorelační funkce vysílacího pulsu a příslušně nastavený práh má zásadní vliv na rozlišení v šikmé dálce Radiolokační systémy

  37. LRAR-T2:Efekty pohyblivých cílů (1/3) • Při pohybu cíle vůči radaru je signál ozvy postižen Dopplerovým efektem – frekvenční extrakce či dilatace spektra vyslaného pulsu • Výstupní signál za směšovačem (1. detektorem) radaru můžeme popsat (neuvažujeme ad. šum): • fd je dopplerovský frekvenční posuv • Za přizpůsobeným filtrem získáme signál Radiolokační systémy

  38. LRAR-T2:Efekty pohyblivých cílů (2/3) • Po vyjádření korelace mezi vstupním signálem a impulsní charakteristikou přizpůsobeného filtru •  je celkové zpoždění signálu (vysílač-cíl-přijímač-přizp. filtr) • Vliv dopplerovského efektu na výsledný signál za přizpůsobeným filtrem (bez uvažování aditivního šumu) Radiolokační systémy

  39. LRAR-T2:Efekty pohyblivých cílů (3/3) • Vliv dopplerovského posuvu spektra na tvar pulsu za MF (IM-LFM signál) Radiolokační systémy

  40. LRAR-T2:Funkce neurčitosti (1/6) • Určované parametry cíle (od primárního radaru): • Azimut – nezávislé měření (směrové vlastnosti antény) • Elevace – nezávislé měření (směrové vlastnosti antény) • Šikmá dálka – závislé na vlastnostech signálu za detektorem • Radiální rychlost – závislé na vlastnostech signálu za detektorem • Signál za přizpůsobeným filtrem je závislý jak na zpoždění odrazu, tak i na dopplerovském posuvu, pak vzniká neurčitost, kterou lze popsat v časové oblasti (autokorelační funkce, kde se vyskytuje zpoždění signálu i Dopplerova frekvence) Radiolokační systémy

  41. LRAR-T2:Funkce neurčitosti (2/6) • Funkci neurčitosti (Ambiguity Function) je tedy autokorelační funkcí vysílaného signálu (impulzu) pro rozsah sledovaných časových zpoždění a rozsah dopplerovských posuvů • Ve frekvenční oblasti • Pro výpočet velkého rozsahu parametrů se využívá metod práce se řídkými maticemi Radiolokační systémy

  42. LRAR-T2:Funkce neurčitosti (3/6) • Funkce neurčitosti pro pravoúhlý puls Radiolokační systémy

  43. LRAR-T2:Funkce neurčitosti (4/6) • Funkce neurčitosti pro IM-LFM Radiolokační systémy

  44. LRAR-T2:Funkce neurčitosti (5/6) • Funkce neurčitosti pro váhovaný IM-LFM Radiolokační systémy

  45. LRAR-T2:Funkce neurčitosti (6/6) • Funkce neurčitosti pro váhovaný IM-BPM (Barker 13) Radiolokační systémy

  46. LRAR-T2:Metody IPC (1/3) • Metody IPC = indikace pohyblivých cílů (MTI = Moving Target Indication) jsou určeny k potlačení závojů (Cluters) od pevných cílů nebo cílů se specifickým dopplerovským efektem (vlny na mořské hladině, kmitající listí ve větru) • Metody IPC = dopplerovské zpracování • Využívá se toho, že pro dva po sobě jsoucí koherentní impulsy se pro pohyblivý cíl mění fáze, kdežto pro pevný ne Radiolokační systémy

  47. LRAR-T2:Metody IPC (2/3) • Blokové schéma IPC pulsního radaru • Metoda AMTI = Adaptive MTI– obsahuje dvě pásmové zádrže • pro potlačení závoje od země • adaptivní pro potlačení závoje od meteoútvarů Radiolokační systémy

  48. LRAR-T2:Metody IPC (3/3) • Metoda MTD (Moving Target Detection)– obsahuje banku filtrů pro jednotlivá pásma odpovídající Dopplerově posuvu pro daný rozsah radiální rychlosti cílů • Blokové schéma MTD pulsního radaru Radiolokační systémy

  49. LRAR-T2:Syntetická apertura (1/3) • Princip • SAR = Synthetic Aperture Radar • Podstatné zvětšení rozlišení radarového zobrazení Radiolokační systémy

  50. LRAR-T2:Syntetická apertura (2/5) • Vytváří se umělá anténní řada ve směru pohybu radaru (na letadle nebo družici) Radiolokační systémy

More Related