Sistemi Radar

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Moving Target Indicator (MTI)

convenzionale

Pierfrancesco Lombardo

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Super-clutter vs. Sub-Clutter visibility (I)

• Rivelazione di bersagli contro clutter:

A) Super-Clutter Visibility:

- eco di target > livello medio di clutter- elaborazione in range con CFAR / log- potenziale uso di integrazione non-coerente

B) Sub-Clutter Visibility:

- eco di target << livello medio di clutter

- integrazione non-coerente è inefficace- elaborazione in range con CFAR / log non porta ad alcuna rivelazione

È necessario “estrarre” il segnale dal clutter:

trovare un modo per - amplificare la sola eco dal segnale utile ma non gli echi di clutter;- oppure attenuare gli echi di clutter, senza attenuare della stessa quantità anche l’eco del bersaglio

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Super-clutter vs. Sub-Clutter visibility (II)

• In cosa differisce l’eco del bersaglio dagli echi di clutter?

• se non ci sono differenze, non si può pensare di “estrarre il bersaglio”!

- per bersagli di “piccole dimensioni”

si può pensare di capitalizzare sul fatto che il clutter è distribuito spazialmente, mentre il bersaglio è concentrato spazialmente:

Riducendo la dimensione della cella di risoluzione l’eco del bersaglio non diminuisce, mentre l’eco di clutter si riduce. Ovviamente il limite è dato dalle dimensioni del bersaglio.

passo da condizione “sub-clutter” a condizione “super-clutter” aumentando la banda della forma d’onda utilizzata

- per bersagli aerei (o in generale in movimento)

si può pensare di capitalizzare sul fatto che il clutter è fermo, mentre il bersaglio si muove:

sfrutto effetto Doppler per “estrarre il bersaglio”

propriamente sub-clutter visibility

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Il problema del clutter …

Shrader & Gregers-Hansen “MTI Radar”in M. Skolnik – Radar Handbook 2° Ed.

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Efficacia delle tecniche MTI

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Caratteristiche di movimento:

nave: velocità tipica 0 m/s fd=0 Hz;

aereo: velocità tipiche 200300 m/s fd=4 6 KHz (l=0.1m banda S);

puntiforme: velocità 0 m/s fd=0 Hz;

terra: velocità 0 m/s fd=0 Hz;

mare: fino a velocità tipiche 4 10 m/s fd=80 200 Hz (l=0.1m banda S);

pioggia: fino a velocità tipiche 10 20 m/s fd=200 400 Hz (l=0.1m banda S);

bersaglio

clutter

Discriminazione in base alla Doppler (I)- Si può sfruttare la Doppler, se si ha una sufficiente capacità di discriminazione in Doppler.

- Serve una sequenza coerente di impulsi sufficientemente lunga

- Per l’ambiguità della FdA della sequenza un bersaglio quale un aereo può essere in una posizione qualunque della campata.

PRFPRF

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Discriminazione in base alla Doppler (II)

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Discriminazione in base alla Doppler (III)

Si

Ci

Ni

So

Co

No

DISPOSITIVO

ANTI-CLUTTER

Si- Ci- Ni : potenza di segnale utile, clutter e noise in ingresso al dispositivo anti-clutter;

So- Co- No : potenza di segnale utile, clutter e noise in uscita al dispositivo anti-clutter;

id SfHS2

0 )(

dffSC

dffSfHC

ii

i

)(

)()(2

0

CAGC

C

S

S

CS

CSIF

o

i

i

o

ii

oo

Guadagno sul segnale

Clutter attenuation

dffSfH

dffSfH

IF

i

id

)()(

)()(

2

2

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Discriminazione in base alla Doppler (IV)

2 impulsi- 2 filtri:

)1(

)0(

)1(

)0(

r

r

s

srs

FFT somma e differenza!

T+x(t) y(t)

‾

++

-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 20000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

frequenza (Hz)

|H1(f

)|

PRF/2- PRF/2

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Discriminazione in base alla Doppler (V)

N impulsi - N filtri:

FFT banco di filtri a SINC!

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Discriminazione in base alla Doppler (VI)

N impulsi - N filtri:

banco di filtri pesato

-30

-20

-10

0

10

20

x=(d/l)[sin()-sin(0)]

|E(

)| (

dB

)

-/2 0 /2

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Discriminazione in base alla Doppler (VII)

N impulsi - N filtri:

FFT banco di filtri a SINC!

Confronto:

N=2 vs. N grande

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Schema base: MTI a singolo cancellatore (I)

T+

x(t) y(t)‾

- Tutto ciò che è fermo da un PRT al successivo viene cancellato- Ci si aspetta dunque che cancelli molto gli echi di clutter fermo ma non l’eco dal bersaglio

- E’ sottrazione COERENTE (nel complesso, o meglio su I & Q):

/2

2cos(2fIFt+

T‾

+

T+

oscillatore coerente con portante trasmessa

dalla IF

/2

2cos(2fIFt+R)

T+

T+

‾

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Schema base: MTI a singolo cancellatore (II)

)sin(2)(1 fTfH

Risposta impulsiva

Tttth 1

fTjej

eejeefH fTj

fTjfTjfTjfTj

sin2

221 2

1

Il filtro ha degli zeri ai multipli della PRF.

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Prestazioni MTI a singolo cancellatore

)(Re1

)(sin2

)(2

1)(

2

11

)(sin2

)(2

1)(

2

1)0(

)0()(sin2

)(2

1)(

2

1)(

)()(sin2

)()2(cos1

)()(sin2

)()(sin

)()(sin

)(

222

22

2

2

2

2

T

Tf

TT

Tf

TRTRR

RTf

dfefSdfefSdffS

dffSTf

dffSTf

dffSTf

dffSTf

dffSTf

fIF

i

d

ii

d

iii

id

Tfji

Tfjii

id

i

id

i

id

d

Curva funzione di fd

)(Re1

1

)(Re1

)(sin2)(_

22/1

2/1

2/1

2/1 Tdf

T

TfTdffIFTmediaIF

id

i

dT

T

dd

T

T

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MTI a doppio cancellatore

Due cancellatori singoli posti in cascata

► Funzione di trasferimento cancellatore doppio:

)(sin4)( 2

112 fTfHfHfH

► Risposta impulsiva cancellatore doppio:

TtTttththth 22* 112

‾

/2

2cos(2fIFt+R)

T+

T+

dalla IF

T+

T+

‾ ‾

‾

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Prestazioni MTI a doppio cancellatore

dffSTf

dffSTf

fIF

i

id

d

)()(sin

)()(sin

)(4

4

Curva funzione di fd

)2(Re3

1)(Re

3

41

1)(_

2/1

2/1 TTdffIFTmediaIF dd

T

T

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Efficacia delle tecniche MTI

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Confronto singolo/doppio cancellatore (I)

Cancellatore doppio ha zeri più larghi del singolo migliore cancellazione del clutter di terra ma si riduce zona disponibile per il bersaglio.

Affinchè risulti IF2>IF1 deve essere: )2(Re)(Re)(Re1

1

)2(Re3

1)(Re

3

41

1TT

TTT

Correlazione del clutter a passo T maggiore della correlazione a passo 2T

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Confronto singolo/doppio cancellatore (II)ESEMPIO: spettro del clutter gaussiano

f

confe

2

12cosRe 0

2 2

2

E’ possibile considerare cancellatori n-pli (n cancellatorisingoli in cascata) si cancella sempre meglio il clutter fisso(residui più bassi) ma si riduce sempre più lo spaziodisponibile per il bersaglio.

f0: portante del clutter;

• per f0=0 (puntiforme&terra: importante per ATC) detto =(T) (T) > (2T) sempre IF2>IF1

sempre;

• per f00 la relazione tra IF1 e IF2 dipende da f0;

2

iiT

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