Principios de Radar .Tema3
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Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Tema 3: Espectro de la señal radar• Espectro de la señal transmitida• Espectro de la señal recibida
– Contribuciones del blanco, clutter y ruido– Espectro en radiofrecuencia/frecuencia intermedia/videofrecuencia (detección
coherente)– Espectro de videofrecuencia (detector de envolvente)
• Introducción al procesado de señal radar– Integración
• Incoherente• Coherente
– Filtrado MTI
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Espectro de la señal radar• Espectro del pulso transmitido p(t)
f
P(f)
1/τ 2/τ
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Espectro de la señal radar• Espectro de la señal transmitida
f
X(f)
f0
( )0( ) ( ) ( ) cosk
x t p t t kT tδ ω+∞
=−∞
= ∗ − ∑
envolvente (espectro del pulso transmitido)
Separación entre líneas espectrales = 1/T
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Espectro de la señal radar
f
Y(f)
• Espectro de la señal transmitida (detalle)
f0 f0+PRF f0+2PRF f0+3PRF
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Espectro de la señal radar• Espectro de la señal recibida: ensanchamiento de las líneas espectrales
• Tiempo finito de observación: exploración de antena
Si la ventana w(t) es gaussiana (modelo de lóbulo principal de antena), las líneas espectrales se convierten en funciones gaussianas.
• Movimientos aleatorios del clutter: – Espectro gaussiano con doppler medio igual a cero y desviación
típica:
• Efecto combinado: mayor ensanchamiento (varianza combinada igual a la suma de las varianzas individuales)
00( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )j ty t x t t w t Y f e X f W fω− = − ⇒ = ∗
2 rmsw
vσλ
=
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Espectro de la señal radar• Espectro de la señal recibida
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Espectro de la señal radar• Señal, clutter y ruido
f
0 PRF/2–PRF/2
N
C
S
fd
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Espectro de la señal radar• C >> N
• C << N (fd = 0)
f
0 PRF/2–PRF/2
C
S
fd
f
0 PRF/2–PRF/2
N
S
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Espectro de la señal radar• Espectro en videofrecuencia (detector de envolvente)
f
0 PRF/2–PRF/2
2(S+C)N
S2+C2
SC
fd– fd
SC
20 1
0
| | ...DC
v i iα α→
= = + +
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Introducción al procesado de señal radar• Objetivo: mejorar la relación S/C o S/N• Soluciones:
– Integración• Incoherente• Coherente: banco de filtros doppler
– Filtrado MTI
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Introducción al procesado de señal radar• Integración
– Incoherente
– Coherente: banco de filtros doppler
f
0 PRF/2–PRF/2
H(f)
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Introducción al procesado de señal radar• Filtrado MTI
f
0 PRF/2–PRF/2
H(f)
0 PRF–PRF
H(f)
Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar
Integración de pulsos
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Respuesta de blancos móviles
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Respuesta de blancos móviles
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MTI: ejemplo
MTI OFF MTI ON
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Indicador de blancos móviles (MTI)a) Receptor seudocoherente b) Receptor coherente
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Canceladores• Cancelador simple:
T
+del detector de fase
+
–
( ) ( ) ( )y t x t x t T= − −
( ) 1 sTH s e−= −
( ) ( ) 1 sTY s X s e− = −
( )Ceros en 2 nsT j T j n f n PRFT
σ ω π= + = ⇒ = = ×
jω
σ
Plano s
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Canceladores• Cancelador simple:
2 2 2( ) 1 sen2
T T Tj j jj T TH j e e e eω ω ω
ω ωω− −− = − = − =
0 PRF 2PRFPRF−2PRF− df
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Canceladores• Cancelador doble:
2 22 1( ) ( ) sen
2TH j H j ωω ω = =
del detector de fase
2 1 1( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( ) ( 2 )h t h t h t t t T tδ δ δ= ∗ = − − + − Τ
Cancelador simple
Cancelador simple
0 PRF 2PRFPRF−2PRF− df
Video bipolar
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Canceladores• Necesidad de introducir retardos del orden de milisegundos• Ejemplo: en una guía TEM (p. ej. cable coaxial) un retardo de 1 ms equivale a una
longitud de 300 km!!!)• Se emplean transductores electroacústicos (dispositivos SAW= surface acoustic
wave) por la menor velocidad de propagación de las ondas acústicas
• Alternativa: muestreo/almacenamiento/procesado digital
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MTI: problemas• Velocidad ciega:
• El cancelador atenúa la respuesta del blanco (móvil). Idealmente la elimina completamente.
– No depende de la posición del blanco, tan sólo de la velocidad
Ejemplo: para un radar banda X (10 GHz) con un PRF de 1 kHz la primera velocidad ciega es
, 0df n PRF n= × ≠
2cnc
PRF cv nf
=
1 15 m/s 54 km/hcv = =
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Velocidad ciega• Interpretación en frecuencia:
• Interpretación en tiempo:
0 df PRF= 2PRFPRF−2PRF−
Envolvente doppler1/ df
T
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Primera velocidad ciega (km/h)
Dis
tanc
ia m
ax. n
.a. (
km)
Velocidad ciega• Compromiso de diseño:
Ku (15 GHz)
X (10 GHz)
11
2
2
c
na
vTTR c
λ = ⇒ =
1 4c nacv R λ=
(Ecuación hipérbola)
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Velocidad ciega• Solución: entrelazado de PRFs (PRF staggering)
Envolvente doppler1/ df
1T T ε= + 2T T ε= −
(Este sería el 2º eco para PRF fijo)
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Entrelazado de PRFs• Para N períodos de repetición de pulsos entrelazados que cumplan:
entonces la primera velocidad ciega viene dada por
Interesa, por tanto, emplear valores próximos de PRF.
25:30:27:31
1 2
1 2
N
N
nn nT T T
= = =
11
1
N
N
n nvv N
+=
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MTI: problemas• Fase ciega
1/ df
T
1/ df
T
Total
Parcial
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Fase ciega• En general depende de la posición y de la velocidad del blanco
• Solución: detector I-Q
Mezclador
~
FI Cancelador
90°
Mezclador Cancelador
I
Q
' 'I Q+
I’
Q’
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Fase ciega• Cancelación compleja (fase ciega total)
1/ df
T
Canal I
1/ df
TCanal Q