PODSTAWY TELEDETEKCJI
Jerzy PIETRASIC
SKI
Instytut Radioelektroniki WEL WAT
bud. 61, pok. 14, tel. [phone]
Cz. V
WYBRANE PROBLEMY
PRZETWARZANIA
SYGNAA
ÓW
RADAROWYCH
Decyzja:
y(t)
z
Układ A*=1, jeżeli z>z
0
X
+"
d"
progowy A*=0, jeżeli z z
0
z
0
x(t)
Próg
Sygnał oczekiwany
(wzorzec)
Przypadek braku sygnału Przypadek obecności sygnału użytecznego
użytecznego w y(t) w przebiegu y(t)
x(t) x(t)
Sygnał
t t
oczekiwany
y(t)=n(t)
y(t)=n(t)+x(t)
Przebieg
t
t
odebrany
2
( ) �" ( ) = ( ) �" ( ) + ( )
y t x t n t x t x t
�" = �"
( ) ( ) ( ) ( )
y t x t n t x t
Wynik
t t mnożenia
( ) �" ( )
y t x t
T
0
T
0
2
= [ ( ) �" ( ) + ( )]�"
z n t x t x t dt
= ( ) �" ( ) �"
z n t x t dt
+"
+"
0
0
Wynik
całkowania
z z
0
0
t t
T
o
T
o
Rys. Schemat odbiornika korelacyjnego i przebiegi czasowe
T
0
= ( ) �" ( ) �"
z y t x t dt
+"
0
�# ś# �# ś#
E 2 z
ś#
= �"
l exp - ź# ś# ź#
exp
ś# ź# ś# ź#
N N
�# 0 # �# #
0
Przełącznik System
N-O nadawczy
Mieszacz/przedwzmacniacz
System
Detektor
Wyjście
antenowy
obwiedni
wizyjne
Wzm. Wzm.
b.w.cz. p.cz.
Stabilny
generator
lokalny
Rys. Uproszczony schemat blokowy monostatycznego radaru impulsowego
Filtr dopasowany
Kwadratowy
Układ
do pojedynczego
Decyzja
detektor
"x(t) z(t)
decyzyjny
r(t) x(t)
z wyjścia
impulsu
obwiedni
przedwzmacniacza
Sumator
(integrator)
Próg
Rys. Uproszczony schemat blokowy odbiornika niekoherentnego dla paczki impulsów
echa od pasków
echa od obiektów
folii (skorelowany
powietrznych
Rayleigh)
szum odbiornika (sygnały użyteczne)
(celowe zakłócenia
(Rayleigh)
bierne)
sygnały spowodowane
wyładowaniami
atmosferycznymi
słabymi
(odbierane jednym
listkiem ch-tyki ant.)
echa stałe echa spowodowane
(log-normal) wyładowaniami
atmosferycznymi
silnymi
zakłócenia
meteorologiczne
zakłócenia szumowe
(Rayleigh-
celowe (aktywne)
Weibull)
echo superrefra-
kcyjne
zakłócenia od
innych radarów
 anioł
zakłócenia od
radiolinii kodowanych
fazowo
Rys. Środowisko elektromagnetyczne radaru
Założenie: charakterystyka antenowa posiada tylko jeden listek
(listek główny)
 NAD N-O
Układ
SOR
Układ tłumienia
ech  stałych
czyli układ TES
(filtry okresowe)
Urządzenie
końcowe
Rys. Ilustracja koncepcji rozwiązania radaru impulsowo-koherentnego
SOR  selekcja obiektów ruchomych
TES  tłumienie ech stałych
N-O  przełącznik nadawanie - odbiór
Antena
System nadawczy
Wzm.
b.w.cz
Generator Konwersja
N-O
lokalny widma w górę
X
Mieszacz/przedwzmacniacz
Generator
koherentny
X
Etap selekcji
obiektów
Detektor
ruchomych
fazy
Etap
tłumienia ech
I Q
stałych
System odbiorczy
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
Impulsowy
Generator
wzm. mocy
N -O
pierwotny
Powielacz
Impulsator
M ieszacz
- czasoster
W zm acniacz
p.cz.
Urządzenie
Generator Detektor
końcowe
koherentny fazy
(w skaz
nik)
ciąg impulsów wizyjnych,
Dotąd układ SOR;
które mogą być zmodulowane
dalej T E S
w amplitudzie drganiem
o częstotliw ości F
D
Założenia:
Detektor
v = v = const
r ropt
LO (T )
dwu- p
ro E" 1
połówkowy
zakł. bierne
silne
Układ kompensacji
n=2
jeden kanał
Rys. Schemat blokowy radaru impulsowo-koherentnego (radaru z TES-em)
LO(T )  linia opóz
niająca o czas T .
p p
wizja
amplit.
TOR AMPLITUDOWY
SPFA
(cyfr.) wykrycie
EKSTRAKTOR
R
we sygn.
AC BOS
p.cz. SYGNAA
ÓW estymacja ą
wizja
�
koher. R/LOK.
TOR KOHERENTNY
CTES oraz SPFA
(cyfr.).
Rys. Ilustracja koncepcji rozwiązania analogowo  cyfrowego
bloku obróbki sygnałów (AC BOS)
Kanał amplitudowy
Układ
Pamięć
Wzm. Przełącznik
Wzm. Det. Konw. oblicz.
we reguł
wstępny LIN-LOG
log. ampl. a/c progu
decyzyjnych
p.cz.
z ZRW
AMPL
AMPL TES
Wzm.
Det.
lin.
wykrycie
ampl.
p.cz. Układ Układ
Przełącznik
Detekcja
R
SPFA opracowania
wizji AMPL
paczki
ą
CFAR informacji
cyfr. TES
imp.
�
CUSZ wyjściowej
estymacja
faz.
zewn.
sin
Układ
fazow.
Układ Det. Konw.
oblicz.
CTES
wewn.
fazowania fazy a/c
progu
cos
z heter.
TES
koho
Kanał TES
Rys. Uproszczony schemat funkcjonalny AC BOS z cyfrowymi układami TES (CTES) i ekstraktorem
Detection scheme for non-Gaussian clutter with
unknown covariance matrix
Receiver for Clutter with Gaussian pdf
(linear in z)
H1
z
THRESHOLD
WMF
INPUT
H0
DATA
z1 z2 . . . . . zK/ CUT . . . . .
zK
/
2
LOOK-UP
q0(z)
TABLE
f(q0 ,)
. . . . .
Ć
M
x
ESTIMATION ALGORITHMS
Ć Ć
� , ź
Quadratic form in z Optimal non linearity
(inGaussianclutter f(q0,)= )
PULSED
JAMMER
SLB
RECOGNITION
ANTENNA
MAIN
ENV.
RF IF
ANTENNA
LIMITER LNA
&! CHANNEL (AS Ł1 CHANNEL BELOW)
DET.
COMPARATOR
CONVERS
MTI
RADIATING
ADAPTIVE MTI
ON/OFF
K h
ELEMENTS
ON/OFF
FIXED/CFAR
HBFNs I,Q
Ł1 PULSE COHERENT ADC
ENV.
MTI[K]
MTI[h]
THRESHOLD
>
COMPRESSOR DETECTOR (2)
X
PHASE DET.
SHIFTERS
I,Q
Ł " "1 PULSE COHERENT ADC
RF IF
VBFNs T/R MONOPULSE AZIMUTH
MTI[K]
MTI[h]
CONVERS
LNA >
COMPRESSOR DETECTOR (2)
x X
(3) LIMITER PROCESSING INTRGRATION
Ł2
AMPLITUDE(A)
ENV.
"2
BEAMS # 1,2,3
" " " AS ABOVE
AND
DET. exp(-j2 fD)
MULTIPLEXED Ł3
DOPPLER(fD)
"3
ESTIMATOR
ACEC
A
RF
POWER
VHF
COHO
STALOS
AMPLIFIER
FIXED
STALO
(3)
MOBILE
CLUTTER
CLUTTER
SENSOR
SENSOR
JAMMER DATA
FREQUENCY
ECM
DETECTION LOGICS
GENERATOR
RECEIVER
CLUTTER
MAPS AND
DATA EXTRACTOR
SELECTION
LOGICS
HBFN = HORIZONTAL BEAMFORMING ENV. DET. = ENVELOPE DETECTOR
NETWORK
"  h AND  K VALUES
ACEC = ADAPTIVE CANCELLER
" FIXED/ADAPTIVE MTI JAMMER
FOR EXTENDED CLUTTER
VBFN = VERCITAL BEAMFORMING
ON/OFF DATA AND
NETWORK
JAM STROBE
" CFAR/FIXED THRESH.
X = COMPLEX MULTIPLIER
PLOTS DATA
ADC = ANALOG TO DIGITAL
(RANGE CLUTTER
CONVERTER LNA = LOW NOISE AMPLIFIER
AZIMUTH AND CHAFF
ELEVATION) DATA
MTI[K] = MOVING TARGET INDICATOR
CANCELLER WITH  K ZEROS
SLB = SIDELOBE BLANKING
TO THE CENTRAL COMPUTER
AND OPERATIONAL DISPLAY
Rys. Schemat blokowy radaru z kompresją analogową, adaptacyjnym TES-em oraz mapą zakłóceń
WYBRANE PROBLEMY
RADAROWYCH SYGNAA
ÓW
ZA
OŻONYCH
PROBLEMY PRZETWARZANIA
SYGNAA
ÓW RADAROWYCH
synteza i kompresja sygnałów z wewnątrz-
impulsową modulacją,
filtracja sygnałów z zakłóceń oraz ich detekcja w
sensie wykrywania (w tym detekcja sekwencyjna),
kojarzenie wykryć oraz estymacja parametrów
obiektów wykrytych przez radar,
rejestracja i symulacja sygnałów ech radarowych
i zakłóceń.
Siemens
Plessey
Systems
AR327 COMMANDER
Siemens
Plessey
Systems
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
AR327 COMMANDER
and control capability
KOMPRESJA SYGNAA
U TYPU LMCZ
W DZIEDZINIE CZASU
Istota
Twe
Sygnał
0,06
złożony na
0,00 czas [�s]
wejściu
układu -0,06
kompresji
0,0 20 40 60 80 100
1,5
Twy
0,5
Sygnał po
układzie
0,0 czas [�s]
kompresji
-0,5
-1,5
0,0 20 40 60 80 100
amplituda
amplituda
KOMPRESJA SYGNAA
U LMCZ
W DZIEDZINIE CZASU
Brak szumu
Twe
Współczynnik kompresji
K =
Twy
Wartości K do około 1000
Amplituda sygnału na wejściu
A0
Amplituda sygnału na wyjściu
A0 �" K
KOMPRESJA SYGNAA
U LMCZ
W DZIEDZINIE CZASU
Właściwości
Stosowanie kompresji sygnałów powoduje:
- poprawę wykrywalności sygnałów wynikającą ze
wzrostu amplitudy sygnału wyjściowego
Awy = A0 �" K
- poprawę rozróżnialności sygnałów wynikającą ze
skrócenia czasu trwania sygnału wyjściowego
Twe
Twy =
K
OGÓLNY SCHEMAT RADARU W KTÓRYM
STOSUJE SI
SYGNAA
Y ZA
OŻONE
(KOMPRESJA)
Generator Filtr
impulsów dyspersyjny
wzbudzających nadawczy
U
we
t
Przełącznik
Twe
N - O
U
Filtr
wy
dyspersyjny
U
t
odbiorczy
t
Twe
U
Przebieg obwiedni
sygnału po kompresji
(tzw. sygnału skomprymowanego)
t
2Twe
DYSPERSYJNE LINIE OPÓy
NIAJ
CE
Do generacji sygnałów złożonych
(po stronie nadawczej) oraz do ich kompresji
(po stronie odbiorczej) wykorzystuje się
DYSPERSYJNE LINIE OPÓy
NIAJ
CE
s(t) = A exp(j�0t)
piezoelektryk
fala powierzchniowa
�
p
f0 =
l
2d
2d = 
WYBRANE PRZEBIEGI SYGNAA
ÓW
Założenia:
- odbierane są dwa złożone sygnały echa rozsunięte
względem siebie o "t = 10 �s
- czas trwania każdego z w.w. sygnałów
Twe = 38.4 �s
- wartość bazy równoważna wartości współczynnika
kompresji dla każdego z w.w. sygnałów jest równa
K = 192
WYBRANE PRZEBIEGI SYGNAA
ÓW
Amplituda
czas
echo pierwsze
0,0
t
[�s]
SNR1 = - 5 dB
Twe
"t=10�s
t
echo drugie
0,0
[�s]
SNR2 = 0 dB
Twe
0,2
mieszanina obu
0,1
t
w.w. ech z szumem
0,0
[�s]
na wejściu układu
-0,1
kompresji
-0,2
czas
25,0 50,0 75,0 100,0
30,0
20,0
mieszanina obu
10,0
t
ech
0,0
[�s]
z szumem na
-10,0
wyjściu układu
-20,0
czas
25,0 50,0 75,0 100,0
kompresji
ADC
U
[V]
amplituda
amplituda
U/Dev[dB]