PODSTAWY TELEDETEKCJI

(1)

PODSTAWY TELEDETEKCJI

Jerzy PIETRASIŃSKI

Instytut Radioelektroniki WEL WAT

bud. 61, pok. 14, tel. 683 96 39

(2)

Cz. V

WYBRANE PROBLEMY PRZETWARZANIA

SYGNAŁÓW

RADAROWYCH

(3)

y(t) X

x(t) Sygnał oczekiwany

(wzorzec)

∫ ^z _progowy ^Układ

z

0

Próg

A=1, jeżeli z>z*

0

A=0, jeżeli z ≤ z*

0

Przypadek braku sygnału

użytecznego w y(t)

Przypadek obecności sygnału użytecznego w przebiegu y(t)

x(t) t

x(t) t Sygnał

oczekiwany

t

t y(t)=n(t)

t

y(t)=n(t)+x(t)

t Przebieg

odebrany

( ) t x ( ) t n ( ) t x ( ) t x ( ) t

y ⋅ = ⋅ +

²

Wynik mnożenia

( ) t x ( ) t

y ⋅

t ( )

t x

( )

t n

( )

t x

( )

t

y ⋅ = ⋅

( ) t x ( ) t dt n

z

T

⋅

= ∫

⁰

0

t T

o

z

0

( ) ( ) ( )

[ n t x t x t ] dt z

T

⋅ + ⋅

= ∫

⁰

0

2

z

0

Wynik całkowania T

o

Decyzja:

Rys. Schemat odbiornika korelacyjnego i przebiegi czasowe

( ) t x ( ) t dt y

z

T

⋅ ⋅

= ∫

⁰

0

⎟⎟⎠ ⎞

⎜⎜⎝ ⎛

⎟⎟⎠ ⋅

⎜⎜⎝ ⎞

⎛ −

=

0 0

exp 2

exp N

z N

l E

(4)

(5)

Przełącznik N-O

System nadawczy

System antenowy

Wzm.

b.w.cz.

Detektor obwiedni

Stabilny generator

lokalny

Mieszacz/przedwzmacniacz

Wzm.

p.cz.

Wyjście wizyjne

Rys. Uproszczony schemat blokowy monostatycznego radaru impulsowego

(6)

z wyjścia przedwzmacniacza

Filtr dopasowany do pojedynczego

impulsu r(t) x(t) ∑ ^x ( ) ^t ^z(t) decyzyjny ^Układ

Próg

Rys. Uproszczony schemat blokowy odbiornika niekoherentnego dla paczki impulsów

Sumator (integrator) Kwadratowy

detektor obwiedni

Decyzja

(7)

szum odbiornika (Rayleigh)

Rys. Środowisko elektromagnetyczne radaru

sygnały spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi

słabymi (odbierane jednym listkiem ch-tyki ant.)

echa spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi

silnymi

zakłócenia szumowe celowe (aktywne)

zakłócenia od innych radarów

zakłócenia od

radiolinii kodowanych fazowo

„anioł”

echo superrefra- kcyjne zakłócenia meteorologiczne

(Rayleigh- Weibull) echa od pasków folii (skorelowany

Rayleigh) (celowe zakłócenia

bierne)

echa stałe (log-normal)

echa od obiektów powietrznych (sygnały użyteczne)

Założenie: charakterystyka antenowa posiada tylko jeden listek

(listek główny)

(8)

Rys. Ilustracja koncepcji rozwiązania radaru impulsowo-koherentnego

SOR – selekcja obiektów ruchomych TES – tłumienie ech stałych

N-O – przełącznik nadawanie - odbiór

NAD N-O

Układ SOR

Układ tłumienia ech „stałych”

czyli układ TES (filtry okresowe)

Urządzenie

końcowe

(9)

Rys. Uproszczony schemat blokowy radaru impulsowo-koherentnego z nadajnikiem samowzbudnym (generator mocy np. magnetron) oraz z generatorem koherentnym bez części w której

realizuje się tłumienie zakłóceń biernych

Generator

lokalny _X

Konwersja widma w górę

Wzm.

b.w.cz

N-O

Antena

System nadawczy

Q I

Detektor fazy Generator

koherentny _X

Mieszacz/przedwzmacniacz

System odbiorczy

Etap selekcji obiektów ruchomych

Etap tłumienia ech

stałych

(10)

G en erato r p ierw o tn y

Im p u lso w y w z m . m o c y

P o w ielacz N -O

G en erato r k o h eren tn y

D etek to r faz y M ieszacz

W zm acn iacz p .cz . Im p u lsato r

- czaso ster

U rz ąd zen ie k o ń co w e (w sk aź n ik )

D etek to r d w u - p o łó w k o w y

L O (T

_p

) cią g im p u lsó w w iz yjn yc h , k tó re m o g ą b yć zm o d u lo w an e w am p litu d zie d rgan iem o często tliw o ści F

D

D o tąd u k ład S O R ; d alej T E S

U k ład k o m p en sacji

R ys. S ch e m at b lo k o w y rad aru im p u lso w o -k o h eren tn ego (rad aru z T E S -em )

Z ało ż en ia:

1 r

const v

v

o r

r _opt

≅

=

zak ł. b iern e siln e

n = 2 jed en k an ał

L O (T

p

) – lin ia o p ó ź n iająca o czas T

p

.

(11)

we sygn.

p.cz.

EKSTRAKTOR SYGNAŁÓW

R/LOK.

TOR AMPLITUDOWY SPFA

TOR KOHERENTNY CTES oraz SPFA

wizja amplit.

(cyfr.)

wizja koher.

(cyfr.).

wykrycie R estymacja α β

Rys. Ilustracja koncepcji rozwiązania analogowo – cyfrowego

bloku obróbki sygnałów (AC BOS)

AC BOS

(12)

fazow.

wewn.

z heter.

koho we p.cz.

Wzm.

wstępny z ZRW

Wzm.

log.

Wzm.

lin.

p.cz.

Det.

ampl.

Przełącznik

LIN-LOG Konw.

a/c

Układ oblicz.

progu AMPL

Układ oblicz.

progu TES

Detekcja paczki

imp.

Det.

ampl.

cos sin

Kanał amplitudowy

Rys. Uproszczony schemat funkcjonalny AC BOS z cyfrowymi układami TES (CTES) i ekstraktorem Kanał TES

R α β

faz.

zewn.

Det.

fazy

Konw.

a/c CTES

Układ fazowania

Przełącznik wizji AMPL cyfr. TES

Układ opracowania

informacji wyjściowej Układ

SPFA CFAR CUSZ

Pamięć reguł decyzyjnych AMPL TES

wykrycie

estymacja

(13)

. . .

z

ESTIMATION ALGORITHMS INPUT

DATA z

¹

z

²

. . . z

^K/^/2

CUT z

_K

THRESHOLD

H

⁰

LOOK-UP

TABLE

H

¹

q

⁰

(z)

ˆ M

ˆ ν , ˆ μ

f(q

⁰

,λ) WMF

x

Quadratic form in z Optimal non linearity (in Gaussian clutter f(q ₀ ,λ)= λ) Receiver for Clutter with Gaussian pdf

(linear in z)

Detection scheme for non-Gaussian clutter with

unknown covariance matrix

(14)

RADIATING ELEMENTS

LIMITER LNA

RF IF CONVERS

>

RF IF CONVERS

PULSE

COMPRESSOR ADC

(2) MTI[K] ENV.

DET.

MONOPULSE

PROCESSING AZIMUTH INTRGRATION COHERENT

DETECTOR

COHERENT DETECTOR

PULSED JAMMER RECOGNITION

HBFNs

PHASE SHIFTERS

VBFNs

(3) T/R

LIMITER

X

POWER AMPLIFIER

FREQUENCY GENERATOR

THRESHOLD COMPARATOR

ECM RECEIVER

MTI[h]

PULSE COMPRESSOR LNA

MAIN ANTENNA

SLB ANTENNA

VHF STALO

Σ1

x

RF STALOS

(3) BEAMS # 1,2,3 MULTIPLEXED Σ Δ

>

JAMMER DATA

ADC = ANALOG TO DIGITAL CONVERTER

ADAPTIVE MTI ON/OFF h

MTI ON/OFF K

FIXED/CFAR

COHO

Ω CHANNEL (AS Σ1 CHANNEL BELOW)

I,Q I,Q

• • • AS ABOVE Δ3

Σ3

Δ2

Σ2

Δ1 ADC

(2) MTI[K]

X

^MTI[h]

ENV.

DET.

MOBILE CLUTTER

SENSOR AMPLITUDE(A)

AND DOPPLER(fD) ESTIMATOR

ENV.

DET.

JAMMER DATA AND JAM STROBE HBFN = HORIZONTAL BEAMFORMING

NETWORK

VBFN = VERCITAL BEAMFORMING NETWORK

SLB = SIDELOBE BLANKING

• „h” AND „K” VALUES

• FIXED/ADAPTIVE MTI ON/OFF

• CFAR/FIXED THRESH.

A ACEC

exp(-j2^ΠfD)

DATA EXTRACTOR DETECTION LOGICS

CLUTTER MAPS AND SELECTION LOGICS FIXED

CLUTTER SENSOR

ENV. DET. = ENVELOPE DETECTOR

LNA = LOW NOISE AMPLIFIER

Rys. Schemat blokowy radaru z kompresją analogową, adaptacyjnym TES-em oraz mapą zakłóceń

TO THE CENTRAL COMPUTER AND OPERATIONAL DISPLAY

CLUTTER AND CHAFF

DATA PLOTS DATA

(RANGE AZIMUTH ELEVATION) ACEC = ADAPTIVE CANCELLER

FOR EXTENDED CLUTTER X = COMPLEX MULTIPLIER

MTI[K] = MOVING TARGET INDICATOR CANCELLER WITH “K” ZEROS

(15)

WYBRANE PROBLEMY

RADAROWYCH SYGNAŁÓW

ZŁOŻONYCH

(16)

PROBLEMY PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW RADAROWYCH

ª synteza i kompresja sygnałów z wewnątrz- impulsową modulacją,

ª filtracja sygnałów z zakłóceń oraz ich detekcja w sensie wykrywania (w tym detekcja sekwencyjna), ª kojarzenie wykryć oraz estymacja parametrów

obiektów wykrytych przez radar,

ª rejestracja i symulacja sygnałów ech radarowych

i zakłóceń.

(17)

(18)

AR327 COMMANDER

Siemens

Plessey

Systems

(19)

Electronic beam steering in elevation and azimuth

Wide-band, high duty processor

Excellent ECCM features, including MULTIPLE FREQUENCY CODED waveforms

Auto-tracking, with integral command

and control capability

AR327 COMMANDER

Siemens

Plessey

Systems

(20)

KOMPRESJA SYGNAŁU TYPU LMCZ W DZIEDZINIE CZASU

Istota

Sygnał złożony na

wejściu układu kompresji

Sygnał po układzie kompresji

czas [µs]

amplituda amplituda

0,06

-0,06 0,00

0,5

0,0

-0,5 1,5

-1,5

T _wy T _we

0,0 20 40 60 80 100

(21)

KOMPRESJA SYGNAŁU LMCZ W DZIEDZINIE CZASU

Współczynnik kompresji

K A ₀ ⋅

wy we

T K = T Brak szumu

Wartości K do około 1000

Amplituda sygnału na wejściu Amplituda sygnału na wyjściu

A 0

(22)

KOMPRESJA SYGNAŁU LMCZ W DZIEDZINIE CZASU

Właściwości

Stosowanie kompresji sygnałów powoduje:

- poprawę wykrywalności sygnałów wynikającą ze wzrostu amplitudy sygnału wyjściowego

K A

A _wy = ₀ ⋅

- poprawę rozróżnialności sygnałów wynikającą ze skrócenia czasu trwania sygnału wyjściowego

K

T _wy = T ^we

(23)

OGÓLNY SCHEMAT RADARU W KTÓRYM STOSUJE SIĘ SYGNAŁY ZŁOŻONE

(KOMPRESJA)

Generator impulsów wzbudzających

Filtr dyspersyjny

nadawczy

Filtr dyspersyjny

odbiorczy

Przełącznik N - O

Przebieg obwiedni sygnału po kompresji

(tzw. sygnału skomprymowanego)

U

t T

_we

U

t T

_we

t U

t

U

2T

_we

we

wy

(24)

DYSPERSYJNE LINIE OPÓŹNIAJĄCE

Do generacji sygnałów złożonych

(po stronie nadawczej) oraz do ich kompresji (po stronie odbiorczej) wykorzystuje się

DYSPERSYJNE LINIE OPÓŹNIAJĄCE

piezoelektryk

fala powierzchniowa s(t) = A exp(jω ₀ t)

2d = λ

d l

f ^p

0 2

= ν

(25)

PODSTAWY TELEDETEKCJI