Principios de Radar .Tema4

Universidade de Vigo Departamento de Teoría do Sinal e Comunicacións Apuntes de Radar

Tema 4: Técnicas de compresión de pulsos• Concepto de compresión de pulsos• Modulación lineal de frecuencia (LFM)• Ganancia de compresión• Desadaptación• Sensibilidad Doppler• Generación y procesado de señales LFM• Modulación de fase


Introducción• Existe un compromiso entre resolución en distancia y alcance:

Entonces

• Objetivo: transmitir un pulso “largo” para obtener un buen alcance y procesarlo de modo que se obtenga la resolución correspondiente a un pulso “corto”.

• NOTA: se emplea T para designar la duración del pulso, no el período de repetición de pulsos, con el fin de mantener la notación de J. L Eaves y E. K. Reedy, Principles of modern radar, Van Nostrand Reinhold, 1987 [R/16].

R TR T

∆ ↓⇒ ↓

↑⇒ ↑

max

2cTR

R T

∆ =

∝


Introducción

• Metodología: incrementar la información contenida en el pulso transmitido yaprovechar las propiedades del filtro adaptado para mejorar la relación S/N.

• Las técnicas más habituales son:

– Modulación en frecuencia.– Modulación de fase.– Modulación de polarización.


Modulación lineal de frecuenciaAmplitud

T

tiempoFrecuencia

f1f2

tiempo

retardo

Frecuencia

f1f2

Amplitud

tiempoτ

(a) Pulso transmitido

(b) Filtro receptor

(c) Pulso comprimido

21 ffW −=

:compresión de Ganancia τTCR =


Ganancia de compresión

– Señal transmitida:

– Filtro adaptado:

– Salida del filtro adaptado:

20cos( / 2), / 2

( )0, / 2

t t t Ts t

t Tω µ − ≤= >

20cos( / 2), / 2

( )0, / 2

t t t Th t

t Tω µ + ≤= >

Filtro adaptadoh(t)s(t) ψ (t)

{ }20

sen( / 2)( ) Re exp ( / 2 / 4)2 ( / 2)T Ttt j t t

Ttµψ ω µ π

µ= + +

2 WT

µ π=


Ganancia de compresiónPor convenio, la duración del pulso comprimido se define como el intervalo siguiente:

que se corresponde con el margen de 4 dB respecto al pico de la señal.

2 / W

4 dB

13.26 dB

1/ W

ψ2(t)

12

tW

= ±


Ganancia de compresiónLa duración del pulso comprimido es:

de modo que la ganancia de compresión viene dada por:

Ejemplo: mientras que un radar convencional con duración de pulso 1µs tiene una resolución de 150 metros, si se emplea una modulación lineal de frecuencia con una excursión de 100 MHz, la resolución será de 1.5 metros. La ganancia de compresión resultante es 100 (20 dB)

1W

τ =

TCR T Wτ

= = ⋅


Espectro de un pulso LFM

-15 -10 -5 0 5 10 150

0.5

1

1.5

f (MHz)

Mag

nitu

d

TW=96

Exacto Aprox.


Supresión de lóbulos laterales temporalesFiltro adaptado: SLL = 13.26 dB

Falsas detecciones en celdas de resolución adyacentes

Solución:

• Emplear otro tipo de forma de onda cuya autocorrelaciónpresente menor nivel de lóbulossecundarios.

• Desadaptar el filtro de compresión.

umbralumbral

blanco #1

blanco #2σ2 >> σ1

falsas detecciones blanco perdido


Supresión de lóbulos lateralesFiltro adaptado

h(t)s(t) ψ (t)

F

S(f)

H(f)

Ψ(f)

f

f

f

ψ(t)

t

S(f)

H(f)

Ψ(f)

f

f

f

ψ(t)

t

F

Nota: la representación de los espectros S(f) y H(f) es aproximada (realmente el espectro no es ni constante en la banda de paso, ni estrictamente limitado en banda)


Supresión de lóbulos laterales• Funciones de ponderación:

– Dolph-Chebyshev.– Taylor.– Hamming.– etc.

• Consecuencias:– Importante reducción del nivel de lóbulos laterales.– Reducción de la relación S/N a la salida del filtro.– Ensanchamiento del pulso resultante.

Ejemplo: empleando una ventana de Hamming se rebaja el nivel de lóbulossecundarios a -42.8 dB, con un ensanchamiento del pulso del 47% y una pérdida de conversión de 1.34 dB, respecto al filtro adaptado.


Sensibilidad doppler

• Para blancos móviles, tienen lugar los siguiente fenómenos:– Reducción de la ganancia de compresión.– Variación de la distancia aparente.

• No obstante, a pesar de estos efectos negativos, se considera que la señal LFM (linear frequency modulation) es tolerante a desplazamientos doppler, puesto que esmenos sensible que otras formas de onda a dicho efecto.

fd

∆td

f1

f2

f1+fd

segmentocomprimible


Sensibilidad doppler• Ejemplo: f = 10 GHz, W = 1 MHz, CR = 200


Generación de señales LFM• Pasiva:

– Filtros electromagnéticos• Linea de meandros

– Filtros electroacústicos: • Filtros SAW (surface acoustic wave)• Bulk acoustic wave devices

– Limitaciones• No permite ganancias de compresión elevadas

– Pérdidas elevadas– Capacidad de manejar señales de alto nivel– Imposibilidad de modificar los parámetros

– Activa:

• Limitaciónes: linealidad del VCO

Generadorde pulsos

Filtrodispersivo hacia el transmisor

Generadorde pulsos VCO hacia el transmisor


Procesado de señales LFM • Filtro adaptado

• Correlador (stretching)

• Procesado digital

FiltrodispersivoSeñal recibida (FI)

Filtro paso bajo(integrador)Señal recibida (FI) ×

Réplica retardada de la señal transmitida

Mezclador

Video

Detector Video


Ejemplo de modulación de fase

Códigos empleados: Barker, pseudoaleatorios, etc

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