Upload
giolla
View
46
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
L RAR – Radioloka ční a radionaviga ční systémy. TUTORI Á L 2. 2. 1 1.20 13. Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně. L RAR : TUTORIÁL 2. Měřicí signály radarů Principy detekce cílů Efekty pohyblivých cílů Funkce neurčitosti Metody IPC (indikace pohyblivých cílů) - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
TUTORIÁL 2
LRAR – Radiolokační a radionavigační systémy
Jiří Šebesta
Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně
2.11.2013
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 2
LRAR: TUTORIÁL 2.
Měřicí signály radarů Principy detekce cílů Efekty pohyblivých cílů Funkce neurčitosti Metody IPC (indikace pohyblivých cílů) Radar se syntetickou aperturou Sekundární radar Bistatické a multistatické radary Pasivní radiolokace
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 3
LRAR-T2: Měřicí signály radarů (1/9)
Signály pro kontinuální radary
CW (Continuous Wave) – trvalá nosná = dopplerovské zpracování
FM-CW – frekvenční rozmítání (po částech lineární modulační signál – pilovitý průběh
CW-CM – trvalá nosná s fázovou modulací s PRN
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 4
LRAR-T2: Měřicí signály radarů (2/9)
Signály pro impulsní radary
IM – pravoúhlé pulsy bez vnitropulsní modulace
IM-LFM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní lineární frekvenční modulací
IM-AWLFM – pulsy s vnitropulsní lineární frekvenční modulací a amplitudovým váhováním
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 5
LRAR-T2: Měřicí signály radarů (3/9)
Signály pro impulsní radary
IM-NFM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní nelineární frekvenční modulací (Nonlinear Frequency Modulation)
IM-SFM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní modulací s frekvenčními skoky (Step Frequency Modulation)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 6
LRAR-T2: Měřicí signály radarů (4/9)
Signály pro impulsní radary
IM-BPM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní binární fázovou modulací (Bakerovy kódy s minimální úrovní autokorelačních postranních laloků)
IM-PPM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní polyfázovou modulací (Frankovy kódy, Px-kódy, Zadoff-Chu kódy)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 7
LRAR-T2: Měřicí signály radarů (5/9)
Signály pro impulsní radary
IM-MCPC – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní fázovou modulací s více nosnými (Multicarrier Phase-Coded Signals)
N
n
t
tNnjM
mbmnnC
betmtsAWts1
2
12
1, 1
Wn je komplexní váha n-té nosné
An,m je m-tý element modulační sekvence n-té nosné | An,m | = 1
s(t) = 1 pro 0 ≤ t < tb
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 8
LRAR-T2: Měřicí signály radarů (6/9)
Schéma obecné struktury MCPC
Požadována ortogonalita subnosných (OFDM) a redukce PMEPR (Peak-to-Mean Envelope Power Ratio)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 9
LRAR-T2: Měřicí signály radarů (7/9)
Signály pro impulsní radary
Koherentní vs. nekoherentní IM signály
Koherentní signál = v každém pulsu shodná počáteční fáze
Systémově se koherence zajišťuje pomocí společných oscilátorů pro vysílání a příjem
COHO (Coherent Oscillator) – oscilátor pro synchronní modulaci a detekci
STALO (Stable Local Oscillator) – společný vysoce stabilní lokální oscilátor pro směšovač v přijímači i ve vysílači
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 10
LRAR-T2: Měřicí signály radarů (8/9)
Korelační funkce
IM – pravoúhlé pulsy bez vnitropulsní modulace
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 11
LRAR-T2: Měřicí signály radarů (9/9)
IM-BPM – pravoúhlé pulsy s vnitropulsní binární fázovou modulací (kód Baker 13)
s
p
Kompresní poměr
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 12
LRAR-T2: Detekce cílů (1/25)
Detekce cílů je proces rozhodování o přítomnosti nebo nepřítomnosti cíle na základě přijatého signálu νenv(t) pro každou rozlišovací buňku = řešení binární hypotézy na základě vhodně zvoleného prahu VVTHTH (Threshold):
H1 – cíl je přítomen
H0 – cíl není přítomen
1HVTHenv
0HVTHenv
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 13
LRAR-T2: Detekce cílů (2/25)
PrD je pravděpodobnost správné detekce (rozhodnutí)
PrFA je pravděpodobnost falešného poplachu (False Alarm)
PrMD je pravděpodobnost nedetekce (Missed Detection)
MDD Pr1Pr
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 14
LRAR-T2: Detekce cílů (3/25)
Zpracování reálného radiolokačního signálu – jedno měření Pin(r) je vstupní
výkon signálu odpovídající času měření pro rozlišovací buňku ve vzdálenosti r
Rozlišovací buňka je 1km
%8,0250
2Pr FA
3
1Pr MD3
2Pr D
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 15
LRAR-T2: Detekce cílů (4/25)
Zpracování reálného radiolokačního signálu – série měření
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 16
LRAR-T2: Detekce cílů (5/25)
Obálkový detektor
IFIF fB 2IF
V
BB
Přijímač superheterodyn – zpracování pásmového signálu – popis pomocí komplexní obálky
Druhý detektor – odstranění nosného signálu a získání modulačního signálu ozvy (komplexní obálky)
lineární vs. kvadratický
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 17
LRAR-T2: Detekce cílů (6/25)
Pravděpodobnost falešného poplachu
Uvažujme na vstupu IF filtru šum s gaussovským rozdělením hustoty pravděpodobnosti amplitudy
Nenvenv
env
eN
p2
2
ν je napěťová úroveň šumu
N je střední hodnota výkonu šumu Po průchodu obálkovým detektorem má hustota pravděpodobnosti šumové obálky νenv rozdělení Rayleighovo:
N
eN
p2
2
2
1
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 18
LRAR-T2: Detekce cílů (7/25)
Pravděpodobnost toho, že hodnota obálky šumu překročí hodnotu prahu (VTH = napěťová úroveň) je
FA
N
V
V
env
NenvTHenv
TH
TH
env
edeN
V PrPr22
22
Tato pravděpodobnost přímo odpovídá pravděpodobnosti falešného poplachu
V praxi je problematické měřit hustotu pravděpodobnosti
Lépe se určuje tzv. střední doba mezi falešnými poplachy (False-Alarm Time):
N
kk
NFA T
NT
1
1lim
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 19
LRAR-T2: Detekce cílů (8/25)
Tk jsou jednotlivé naměřené doby mezi falešnými poplachy
tk jsou naměřené doby trvání falešných poplachů
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 20
LRAR-T2: Detekce cílů (9/25)
BTT
t
T
t
FAk
kK
kk
K
kk
FA
1Pr _
_
1
1
pak pravděpodobnost falešného poplachu
B je šířka pásma IF zesilovače radaru
a střední dobu mezi falešnými poplachy lze vyjádřit
N
V
FA
TH
eB
T 2
2
1
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 21
LRAR-T2: Detekce cílů (10/25)
Příklad 12:----------------------------------------------------------------------------------------------------------Na jakou napěťovou úroveň je třeba nastavit práh pro radar se šířkou pásma 10 MHz, je-li spektrální hustota šumu na vstupu rozhodovacího obvodu -150 dBm/Hz a požadovaná pravděpodobnost falešného poplachu je 0,05%? Určete rovněž střední dobu mezi falešnými poplachy.----------------------------------------------------------------------------------------------------------
dBmBNN dBdB 80701501010log10150log10 6][0][
pWNdBmN
W 101010 10
3080
10
30
][
][
VNV FATH 3,120005,0ln10102Prln2 12
sB
TFA
FA 2000005,01010
1
Pr
16
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 22
LRAR-T2: Detekce cílů (11/25)
Pravděpodobnost falešného poplachu pro decibelový poměr mezi prahem a střední hodnotou výkonu šumu
10][
10PrdBTNR
eFA
platí
][
2][
][
][][ 2
log102 W
VTH
dBW
dBWTHdB N
V
N
LTNR
Dvojka u výkonu šumu je dána dvoustrannou spektrální hustotou výkonu šumu
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 23
LRAR-T2: Detekce cílů (12/25)
Závislost pravděpodobnosti falešného poplachu na decibelovém poměru mezi prahem a střední hodnotou výkonu šumu
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 24
LRAR-T2: Detekce cílů (13/25)
Závislost pravděpodobnosti střední doby mezi falešnými poplachy na TNR a B
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 25
LRAR-T2: Detekce cílů (14/25)
Pravděpodobnost detekce
Uvažujme-li na vstupu IF filtru sinusový signál ozvy s amplitudou A současně se šumem s gaussovským rozdělením hustoty pravděpodobnosti amplitudy, pak na výstupu obálkového detektoru bude mít amplituda signálu se šumem s Riceovo rozdělení
I0 je modifikovaná Besselova funkce 1. druhu nultého řádu
N
AIe
Np envN
A
envenv
env
0
2
22
...8
11
22
1 cos0 xx
edtexI
xtx
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 26
LRAR-T2: Detekce cílů (15/25)
Pravděpodobnost toho, že hodnota obálky signálu se šumem překročí hodnotu prahu (VTH = napěťová úroveň) je
D
V
envenvN
A
env
V
envenvTHenv
TH
env
TH
dN
AIe
NdpV PrPr 0
2
22
Tato pravděpodobnost přímo odpovídá pravděpodobnosti detekce
V praxi je komplikované tuto pravděpodobnost určit
Proto se v praxi se určuje potřebný poměr S/N pro signál ozvy pro danou pravděpodobnost falešného poplachu a pravděpodobnost detekce pomocí zjednodušující Albersheimovy rovnice
7,112,0N
S
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 27
LRAR-T2: Detekce cílů (16/25)
kde
FAPr
62,0ln
D
D
Pr1
Prln
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 28
LRAR-T2: Detekce cílů (17/25)
Rayleighovo vs. Riceovo rozdělení
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 29
LRAR-T2: Detekce cílů (18/25)
Příklad 13:----------------------------------------------------------------------------------------------------------Pro systém z příkladu 12 určete potřebný poměr signál ku šumu pro zajištění 95% pravděpodobnosti detekce cíle.---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12,7
0005,0
62,0ln
94,295,01
95,0ln
6,1494,27,194,212,712,012,77,112,0 N
S
dBN
SdB
N
S7,116,14log10][log10][
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 30
LRAR-T2: Detekce cílů (19/25)
Detekční kritéria – metody určení prahu
Maximalizace pravděpodobnosti detekce pro požadovanou pravděpodobnost falešného poplachu
Neyman-Pearsonův teorém
0
1
|Pr
|Pr
H
HV
0;PrPr HVV THFA
Metody CFAR (Continuous False Alarm Radar)
Automatické nastavení prahu tak, aby PrFA = konstantě
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 31
LRAR-T2: Detekce cílů (20/25)
Optimální detektor = max. poměr S/N pro předpokládaný tvar pulzu ozvy
Aplikace přizpůsobeného filtru
Výstupní signál za přizp. filtrem:
tsthts INMFOUT
Ve frekvenční oblasti
INMFOUT SHS
hMF(t) je impulsní odezva přizpůsobeného filtru
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 32
LRAR-T2: Detekce cílů (21/25)
HMF() je frekvenční odezva přizpůsobeného filtru
Přizpůsobený filtr (Matched Filter) lze popsat
ZTjTXMF eSAH
tTsAth zTXMF
A je zisk filtru (libovolný)
Tz je časové zpoždění filtru (libovolné)
Lze realizovat FIR strukturou
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 33
LRAR-T2: Detekce cílů (22/25)
Za přizpůsobeným filtrem získáme signál
R(·) je autokorelační funkce impulsního signálu
Bude-li mít vstupní signál (ozva) tvar
2 in
TjINMFOUT SeASHS z
)( ZINMFOUT TtRAtsthts
)( delayTXIN Ttsats
a je amplituda ozvy na vstupu
Tdelay je zpoždění signálu vyslaného signálu sTX
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 34
LRAR-T2: Detekce cílů (23/25)
Za přizpůsobeným filtrem získáme signál (neuvažujeme ad. šum)
RTX(·) je autokorelační funkce vyslaného impulsního signálu (IM-LFM)
)( delayZTXOUT TTtRAats
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 35
LRAR-T2: Detekce cílů (24/25)
Pro určení šikmé dálky cíle je třeba hledat maximum signálu za detektorem
delayZd TTtt
t
2
21
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 36
LRAR-T2: Detekce cílů (25/25)
Autokorelační funkce vysílacího pulsu a příslušně nastavený práh má zásadní vliv na rozlišení v šikmé dálce
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 37
LRAR-T2: Efekty pohyblivých cílů (1/3)
Při pohybu cíle vůči radaru je signál ozvy postižen Dopplerovým efektem – frekvenční extrakce či dilatace spektra vyslaného pulsu
Výstupní signál za směšovačem (1. detektorem) radaru můžeme popsat (neuvažujeme ad. šum):
tfjdelayTXIN
deTtsats 2)(
fd je dopplerovský frekvenční posuv
Za přizpůsobeným filtrem získáme signál
),(),( 22 tfjTX
tfjdelayZTXOUT
dd etRAaeTTtRAats
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 38
LRAR-T2: Efekty pohyblivých cílů (2/3)
Po vyjádření korelace mezi vstupním signálem a impulsní charakteristikou přizpůsobeného filtru
je celkové zpoždění signálu (vysílač-cíl-přijímač-přizp. filtr)
dtetstsAas tfjINTXOUT
d
2* )(
Vliv dopplerovského efektu na výsledný signál za přizpůsobeným filtrem (bez uvažování aditivního šumu)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 39
LRAR-T2: Efekty pohyblivých cílů (3/3)
Vliv dopplerovského posuvu spektra na tvar pulsu za MF (IM-LFM signál)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 40
LRAR-T2: Funkce neurčitosti (1/6)
Určované parametry cíle (od primárního radaru):
Azimut – nezávislé měření (směrové vlastnosti antény)
Elevace – nezávislé měření (směrové vlastnosti antény)
Šikmá dálka – závislé na vlastnostech signálu za detektorem
Radiální rychlost – závislé na vlastnostech signálu za detektorem
Signál za přizpůsobeným filtrem je závislý jak na zpoždění odrazu, tak i na dopplerovském posuvu, pak vzniká neurčitost, kterou lze popsat v časové oblasti (autokorelační funkce, kde se vyskytuje zpoždění signálu i Dopplerova frekvence)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 41
LRAR-T2: Funkce neurčitosti (2/6)
Ve frekvenční oblasti
dtetstsf tfjTXTXD
D 2* )(,
dfeffSfSffj
DTXTXD 2* )(,
Pro výpočet velkého rozsahu parametrů se využívá metod práce se řídkými maticemi
Funkci neurčitosti (Ambiguity Function) je tedy autokorelační funkcí vysílaného signálu (impulzu) pro rozsah sledovaných časových zpoždění a rozsah dopplerovských posuvů
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 42
LRAR-T2: Funkce neurčitosti (3/6)
Funkce neurčitosti pro pravoúhlý puls
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 43
LRAR-T2: Funkce neurčitosti (4/6)
Funkce neurčitosti pro IM-LFM
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 44
LRAR-T2: Funkce neurčitosti (5/6)
Funkce neurčitosti pro váhovaný IM-LFM
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 45
LRAR-T2: Funkce neurčitosti (6/6)
Funkce neurčitosti pro váhovaný IM-BPM (Barker 13)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 46
LRAR-T2: Metody IPC (1/3)
Metody IPC = indikace pohyblivých cílů (MTI = Moving Target Indication) jsou určeny k potlačení závojů (Cluters) od pevných cílů nebo cílů se specifickým dopplerovským efektem (vlny na mořské hladině, kmitající listí ve větru)
Metody IPC = dopplerovské zpracování
Využívá se toho, že pro dva po sobě jsoucí koherentní impulsy se pro pohyblivý cíl mění fáze, kdežto pro pevný ne
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 47
LRAR-T2: Metody IPC (2/3)
Blokové schéma IPC pulsního radaru
Metoda AMTI = Adaptive MTI – obsahuje dvě pásmové zádrže
pro potlačení závoje od země
adaptivní pro potlačení závoje od meteoútvarů
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 48
LRAR-T2: Metody IPC (3/3)
Blokové schéma MTD pulsního radaru
Metoda MTD (Moving Target Detection) – obsahuje banku filtrů pro jednotlivá pásma odpovídající Dopplerově posuvu pro daný rozsah radiální rychlosti cílů
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 49
LRAR-T2: Syntetická apertura (1/13)
Obecný princip SAR = Synthetic Aperture Radar
Podstatné zvětšení rozlišení radarového zobrazení
Instalace:
- letadla (airborne SAR)
- družice (space- borne SAR)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 50
LRAR-T2: Syntetická apertura (2/13)
Vytváří se umělá anténní řada ve směru pohybu radaru (na letadle nebo družici)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 51
LRAR-T2: Syntetická apertura (3/13)
Jednotlivá měření (odezvy na pulsní signál vysílače) se uloží do paměti a při vyhodnocení se aplikuje součet signálů s váhováním (fázové) k vytvoření umělého úzkého svazku
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 52
LRAR-T2: Syntetická apertura (4/13)
Doba apertury (Aperture Time) definuje čas pro získání sady záznamů pro postprocessingový beamforming
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 53
LRAR-T2: Syntetická apertura (5/13)
Vzdálenost k měřenému bodu od jednotlivých pozic antén:
sin dnRRn
sin
2ndR
ctj
n eAtr
cd
cdM
M
Rj
tj
M
Mn
ndRc
tjM
Mnn
ee
eAtrtr
sinsin
sin12sin
12
14
sin2
Signál na n-té pozici antény
Celkový signál ze všech pozic a pro svazek ve směru měřeného bodu:
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 54
LRAR-T2: Syntetická apertura (6/13)
VV L
Systém SLAR (Side Looking Airborne Radar) Hlavní svazek anténa pulsního
SAR radaru míří do boku pod úhlem (look angle) .
Šířka bočního svazku V (pro pokles o 3 dB v radiánech) je svázána s rozměrem apertury LV:
Šířka pásu stopy (swath width) pro radiální vzdálenost R0 do středu stopy:
cos0
V
V L
RW
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 55
LRAR-T2: Syntetická apertura (7/13)
HH L
sin2
pV
c
Rozlišení v příčném (bočním) směru je dáno šířkou pulsu (V<<WV):
Šířka svazku v podélném smě-ru je dáno podélným rozměrem apertury (radiány):
Rozlišení v podélném směru je dáno jen podélným rozměrem apertury a radiální vzdáleností:
HHH L
RR
0
0
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 56
LRAR-T2: Syntetická apertura (8/13)
20
20
20 htvyxR
vLTA
2/;2/ AA TTt
Uvažujme SAR měření na délce L, pak interval přeletu pro konstantní rychlost v (odpovídá aperture time) bude:
Radiální vzdálenost k bodu P na zemi lze vyjádřit:
kde:
20
20
200 hyxR RL
0
00cos
R
x
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 57
LRAR-T2: Syntetická apertura (9/13)
0
220
22
00
0 sin2
cos1 R
tv
R
vtRR
02
0
22
00 sincos
22 cR
tv
c
vt
c
Rttt TXTXTX
TXTX
Po úpravě a aplikaci Taylorova rozvoje:
Argument přijatého signálu je závislý na tomto zpoždění:
se zpožděním impulsu na trase tam i zpět :
TX
c
2
02
0
22
00 sincos
222 cR
tv
c
vt
c
R
c
R
02
0
22
00 sin
2cos
44
R
tvvtRtt TX
Se zavedením vlnové délky:
zjednodušíme na:
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 58
LRAR-T2: Syntetická apertura (10/13)
dt
tdfi
2
10
2
0
2
0 sin2
cos2
R
tvvff TXiRX
0cos2 v
fdP
Okamžitá frekvence přijatého signálu je:
a rozdíl mezi Doppler. posuvy mezi P a P’ je :
vDt
2sin 0
Vyjádříme–li Doppler. posuvy pro cíl v bodě P a P’:
za t jsme dosadili :
00
0' sincos2
R
DvvfdP
00
sinR
Dvfd
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 59
LRAR-T2: Syntetická apertura (11/13)
dA f
T
1
Pro rozlišení dvou cílů musí být SAR data ukládána (doba apertury):
a délka L pak musí být:
odtud pro rozlišení platí v podélném směru platí:
0
0
sin
D
RTvL A
0
0
sin22
L
RDSARH
Příklad 14:----------------------------------------------------------------------------------------------------------SAR instalovaný na stratosférickém průzkumném letadle s výškou letu 25 km pracuje na kmitočtu 1,5 GHz. Rozměry apertury antény v obou souřadnicích (příčná i podélná) jsou 2 m. Úhel snímání je 45°, délka pulsu 1 s a rychlost letadla je 800 km/h. Určete šířku snímaného pásu a rozlišení na povrchu, je-li doba apertury SAR 0,2 s.----------------------------------------------------------------------------------------------------------
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 60
LRAR-T2: Syntetická apertura (12/13)
m11345sin4,442
2,0104,35
sin2
3
0
0
L
RSARH
m/s2226,3/800km/h800 v Vlnová délka:
m4,442,0222 ATvL
Rychlost pohybu:
Radiální dálka:
m2,0105,1
1039
8
TXf
c
km4,3545sin
1025
sin
3
0
00
hR
Šířka pásu: km545cos2
104,352,0
cos
30
VV L
RW
Příčné rozlišení: m21245sin2
101103
sin2
68
pV
c
Podélné rozlišení bez SAR: km54,32
2,0104,35 30
HH L
R
Podélná délka syntetické apertury:
Podélné rozlišení se SAR:
HL
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 61
LRAR-T2: Syntetická apertura (13/13)
SAR systémy (komprese LFM, 1-30 GHz)
Průzkum Země (oceánografie, monitoring ledu a sněhu, měření znečištení, těžařství, klasifikace terénu, mapování) s rozlišením i pod 10 m
AIRBORNE – (první 1953, Godyear research, na DC-3, 930 MHz), AIRSAR (NASA JPL), YSAR
SPACEBORNE
RADARSAT (Kanada)
ERS (ESA – European Remote Sensing)
ENVISAT (ESA 2002 - studium změn v životním prostředí, včetně globálního oteplování a tání ledovců)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 62
LRAR-T2: Sekundární radar (1/8)
SSR (Secondary Surveillance Radar)
Aplikace v ATC, pozemní systém je dotazovačem (Interrogator) , palubní systém automatickým odpovídačem (Transponder), vojenské módy IFF (Identification Friend – Foe)
Odpovědi obsahují základní identifikační údaje a aktuální měřené letové parametry
IM modulace
Uplink 1030 MHz, vert. polarizace
Downlink 1090 MHz, vert. polarizace
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 63
LRAR-T2: Sekundární radar (2/8)
Dvousvazkový anténní systém dotazovače
Měření azimutu
Odpovědi pouze od odpovídačů v daném azimutálním směru
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 64
LRAR-T2: Sekundární radar (3/8)
Mód „A“ = ID odpovídače, resp. číslo letu
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 65
LRAR-T2: Sekundární radar (4/8)
Odpověď v módu „A“
Číslo letu tvoří čtyři oktalové cifry (00008 – 77778 , tj. 4096 kombinací – pro lety nad Evropou přidělováno Eurocontrolem
Speciální kódy:
75008 - únos
76008 – ztráta spojení
77008 - nouze
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 66
LRAR-T2: Sekundární radar (5/8)
Mód „C“ = barometrická výška letadla
Barometrické měření ve stovkách stop s korekcí
Hodnota kódována tzv. Gillhamovým kódem
Rozsah -1000 až 126750 ft.
SPI (Special Pilot Identification) – aktivuje pilot na 20 s po žádosti řídícího ATC
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 67
Odpověď v módu „C“
LRAR-T2: Sekundární radar (6/8)
Gillhamův kód
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 68
LRAR-T2: Sekundární radar (7/8)
Mód S (Adresný nebo všeobecný dotaz)
Z módu S se vyvinul systém ADS-B (Automatic dependent surveillance-broadcast)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 69
LRAR-T2: Sekundární radar (8/8)
ADS-B
DF – zdroj dat AA – aircraft address ME – parametry (poloha z
GPS, rychlost, výška z výškoměru)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 70
Monostatický radar – jeden RX/TX systém
Bistatický radar – vysílač a přijímač rozdělen = poloaktivní radar
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (1/10)
Hustota vyzářené energie v prostoru cíle:
21
21 44 r
GP
r
EIRP Atxtxtxtar
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 71
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (2/10)
Výkon sekundárního záření (odrazná plocha je dána odrazivými vlastnostmi cíle pro směr příchodu elmag. vlny od vysílače a odrazu k přijímači):
avtartarP
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 72
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (3/10)
Hustota odražené energie v oblasti přijímací antény radaru:
22
21
24 rr
GP avAtxtxrx
Výkon odraženého signálu na výstupu antény na přijímací straně:
22
21
3
2
4 rr
GGPP ArxavAtxtx
rx
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 73
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (4/10)
pW896,0101504
03,01001010
4 433
2245
43
22
r
GPP avAradtx
rx
Příklad 15:
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Určete přijatý výkon pro monostatický primární radar na vlnové délce 3 cm s výkonem 100 kW pro cíl ve vzdálenosti 150 km, přičemž anténa má zisk 40 dB a uvažované cíle mají efektivní odraznou plochu 100 m2. Určete požadovaný výkon pro stejný případ s bistatickým uspořádáním, pro cíl ve vzdálenosti 150 km od vysílače a 50 km od přijímače. Neuvažujte polarizační ztráty.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
pW06,81050101504
03,0101001010
4 23233
2445
22
21
3
2
rr
GGPP ArxavAtxtx
rx
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 74
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (5/10)
Konstantní SNR pro cíle na Cassiniho oválech
a
rre
221
kdee je faktor elipticityr1 je vzdálenost mezi cílem a
vysílačem r2 je vzdálenost mezi cílem a
přijímačema je základna, tj. vzdálenost me-
zi vysílačem a přijímačem
Lepší energetická bilance než u monostatického radaru
Přijímací strana je rádiově neaktivní (utajení)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 75
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (6/10)
Multistatický radar – více TX (může to být i nezávislý systém) a více RX
Jako vysílače mohou být využity vysílače pro jiné účely (komerční služby, BTS, televizní vysílače apod.) – pasivní systém
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 76
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (7/10)
Směroměrný systém – Theta – theta, nebo AOA (Angle of Arrival)
Je třeba znát jak směr svazku vysílače, tak i přijímače.
Pro 2D určení polohy možno použít dva přijímače a definovat jejich směry svazků, vysílač pak může být nezávislý, všesměrový.
Přijímací antény musí mít úzký svazek vyzařovací charakteristiky .
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 77
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (8/10)
Eliptické měření
Po určení úhlů, přechází řešení na směroměrné
nrn
ntnrnn ar
arr
2
cos222
Pro n-tý smě-rový kosinus platí:
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 78
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (9/10)
Příklad 16:
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Určete úhel příjmu pro bistatický radar, je-li základna 150 km, vzdálenost od vysílače k cíli 125 km a od cíle k přijímači 30 km.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
864,0150302
15012530
2cos
222222
ar
arr
r
tr
24,30864,0arccos
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 79
LRAR-T2: Bistat. a multistat. radary (10/10)
Hyperbolická měření – TDOA (Time Difference of Arrival)
Není potřeba znát polohu vysílače, přijímací stanice jsou synchronizovány nebo je zajištěn komunikační spoj mezi stanicemi s definovaným zpožděním přenosu.
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 80
Pasivní radar je vždy založen na multistatickém přístupu
LRAR-T2: Pasivní radar (1/6)
Směroměrný systém (Kopáč 1959, Borap) – měření směru příchodu signálu AOA z min. dvou stanic – interferometrické metody měření – anténní pole
Časoměrný systém (Tamara, Vera)
TDOA – měření časového rozdílu příchodu signálu – více TX + jeden RX nebo jeden TX + více RX nebo více TX + více RX
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 81
LRAR-T2: Pasivní radar (2/6)
Více TX (nezávislé – např. TV vysílač) + jeden RX, který vyhodnocuje jak zpoždění signálů od cíle, tak i od vlastních vysílačů
PCL systémy = Passive Coherent Location
Nevýhodou jsou ne-optimální autokore-lační vlastnosti vysí-laných signálů, mož-nost instalace vlast-ních vysílačů
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 82
LRAR-T2: Pasivní radar (3/6)
Jeden TX (nepřítel) + 4 x RX = 3D TDOA (inverzní princip k GPS)
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 83
LRAR-T2: Pasivní radar (4/6)
VĚRA
Dosah systému je 400 až 500km v úhlovém sektoru větším než 120°C.
Typické rozmístění bočních stanic je 15 až 40 km od centrální stanice.
Ověřená stacionární přesnost měření ve vzdálenosti kolem 100 km je u systému VĚRA řádově desítky metrů a prostorově závisí na poloze letounu.
Přesnost určení barometrické výšky je 30m.
Nynější programové vybavení umožňuje sledovat až 300 letounů současně.
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 84
LRAR-T2: Pasivní radar (5/6)
VĚRA-A
Dokáže pokrýt celé území ČR.
Určena pouze pro sledování provozu pro civilní účely
Komunikace mezi stanicemi není širokopásmová (pracuje na f = 1090 MHz).
VĚRA-S/M
Na rozdíl od verze A dokáže díky analýze přijímaného signálu určit typ objektu a jeho funkční režim.
Komunikace mezi stanicemi je širokopásmová (f = 1 GHz až 18 GHz).
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 85
LRAR-T2: Pasivní radar (6/6)
Mobilní RX stanice VĚRA
2.11.2013 Radiolokační a radionav. systémy strana 86
Děkuji za vaši pozornost
Tatra s výsuvným anténním systémem Tamary