Principios de Radar .Tema3

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

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Espectro de la señal radar• Espectro del pulso transmitido p(t)

f

P(f)

1/τ 2/τ

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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

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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

=

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Espectro de la señal radar• Espectro de la señal recibida

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Espectro de la señal radar• Señal, clutter y ruido

f

0 PRF/2–PRF/2

N

C

S

fd

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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

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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

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Introducción al procesado de señal radar• Integración

– Incoherente

– Coherente: banco de filtros doppler

f

0 PRF/2–PRF/2

H(f)

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Introducción al procesado de señal radar• Filtrado MTI

f

0 PRF/2–PRF/2

H(f)

0 PRF–PRF

H(f)

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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

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

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

N

nn nT T T

= = =

11

1

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

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Fase ciega• Cancelación compleja (fase ciega parcial)

1/ df

T

1/ df

TCanal I

Canal Q

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