processamento mti moving target indicator - ulisboa
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Processamento MTIMoving target indicator
• Conceito introduzido na WWII• Técnica de processamento de sinal desenvolvida desde a
década de 1950-60• Introdução de processamento digital levou à generalização
do MTI• Fundamental em vigilância aérea na presença de clutter• Atualmente todos os sistemas de defesa aérea utilizam
técnicas de separação dos alvos móveis do clutter
Radar – IST – A. Moreira 1
Radar MTI/ Radar Doppler de impulsos
Radar – IST – A. Moreira 2
Efeito Doppler
Determinação velocidade (CW)
Separação de alvos:
estacionário (clutter)/ em movimento
MTI – s/ ambiguidade na distância
c/ ambiguidade na frequência Doppler (velocidades “cegas”)
Radar Doppler de impulsos – s/ ambiguidade na frequência Dopplerambiguidade na distância
Ilustração das fases relativas no retorno de uma sequência de impulsos
Radar – IST – A. Moreira 3
Radar
Impulso 1
Impulso 2
Impulso 3
Alvo parado; clutter→ Fases iguais
Alvo móvel; Doppler→ Fases diferentes
Determinação da frequência Doppler com um radar de impulsos
Radar – IST – A. Moreira 4
Utiliza um detetor de fase
tf dt ff ±
Modulador de impulsos
Amp. de potência
Oscilador CW ftDuplexer
Sinal de referência
Recetor Filtro
Doppler Output
Impulsos na transmissão, e na saída do detetor de fase de um radar Doppler de impulsos
Radar – IST – A. Moreira 5
a) Impulsos transmitidos; b) impulsos na saída do detetor de fase quando fd>1/τ (situação pouco frequente); c) idem quando fd<1/τ. A traço interrompido representa-se o output que corresponderia a uma deteção em radar CW.
A determinação da frequência Doppler é possível com técnicas de processamento de sinal desde que o a janela de observação seja suficientemente larga (em teoria pelo menos um ciclo Doppler e em c) no mínimo 2 impulsos por ciclo).
Observação de retornos num “A-scope”
Radar – IST – A. Moreira 6
(a-e) Varrimentos sucessivos num display tipo A-scoperepresentando a saída de um detetor de fase.
(f) sobreposição de vários varrimentos; efeito “borboleta”
a) e b) Varrimentos sucessivos num display tipoA-scope representando a saída de um detetor defase.
c) Subtração de a) e b) resultando nocancelamento de clutter.
as setas indicam a posição de alvos móveis
Blocos de um radar MTIPAT - Transmissor com amplificador de potência
Radar – IST – A. Moreira 7
Klystrons, TWT�s, CFA�s, ...
Recetor/ excitador
Nota: �Stalo = stable local oscillator�
�Coho = coherent oscilator�
Mod. impulsos
Amp. potência
StalofL
Cohofc
MixerMixer
Duplexer
Amp.IF
detetor fase
Cancelador
fL+fc
fL+fc
fL+fc ± fd
fc ± fd
fd
fc ± fd
MTI coerente
No slide anterior mostra-se um diagrama de blocos de um radar MTI coerente.
A transmissão coerente é assegurada pelo “oscilador estável coerente” (STALO - STAble Local
Oscillator).
O output do STALO, com frequência fLO , e do COHO (COHerent Oscillator), fC , são misturados por
forma a produzir a frequência de transmissão fLO + fC .
Em torno da frequência intermédia, IF ( Intermediate Frequency), obtém-se fC � fd misturando o sinal
com o do oscilador local (STALO). Após amplificação no amplificador de IF, o sinal é submetido,
juntamente com o sinal do oscilador COHO, a um detetor de fase, sendo convertido para a banda base.
Finalmente, o sinal é submetido a um filtro cancelador, que elimina do output os sinais correspondentes a
desvio Doppler nulo (estacionários).
Radar – IST – A. Moreira 8
Blocos de um radar MTIPOT - Oscilador de potência como transmissor
Radar – IST – A. Moreira 9
Duplexer
Mixer MixerStalo
CohoAmp.IF
detetor fase
Magnetrão Mod. impulsos
Geradorde trigger
RF locking
IF locking
Referência CW
Cancelador
10
Cancelador simples
Diagrama de blocos de um cancelador simples
A/D AtrasoTp=1/fp
subtrator Valor absoluto D/A Mostrador
analógico
Output MTI digital para deteção automática e processamento de dados
Input video bipolar
video bipolar
Video unipolar
Radar – IST – A. Moreira
11
Resposta em frequência de um cancelador simples
AtrasoTp=1/fp
subtrator
Radar – IST – A. Moreira
x(t)
h(t)
y(t)
y(t) = x(t) – x(t – Tp)
h(t) = δ(t) – δ(t – Tp)Resposta impulsiva
H(f) = 1 – e–j2π f TpFunção de transferência
Resposta
|H(f)| 2 = 4 sin2 (π f Tp)
|H(f)| = 2| sin (π f Tp)|→
Resposta em frequência de um cancelador simples
Radar – IST – A. Moreira 12
pT/1 pT/2 pT/3 pT/3×××
|H(f)
|
2
1
Frequência Doppler
Resposta de um filtro cancelador simples
|)sin(|2|)(| pfTfH p=
,...2,1n2fn
T2nv p
pn ===
llVelocidades “cegas”
,...2,1,02
==== nnfTnvf pp
rd l
101 102 103100
101
102
103
104
105
300 MHz
1 GHz
3 GHz
10 GHz
30 GHz
distância nâo-ambígua, km
velo
cida
de c
ega,
km
/h
Velocidade cega vs Distância não-ambígua
Radar – IST – A. Moreira 13
fccMURv
fcMUR
fv b
p
pb 44
22
2
11 ==´==ll
Impulsos escalonadosperíodos múltiplos
Radar – IST – A. Moreira 14
a) Resposta em frequência de uma linha de atraso canceladora simples para fp=1/T1 ; (b) Idem parafp=1/T2 ; (c) Resposta composta com T1 /T2=4/5
Impulsos escalonadosperíodos múltiplos
Radar – IST – A. Moreira 15
• Quando se usam impulsos escalonados com tempo entre impulsos com dispersão em torno de um valor central, numa proporção
• A primeira velocidade cega tem o valor
• Onde vB é o valor que corresponderia a usar tempo entre impulsos constante
1 2
1 2
... N
N
nn nT T T= = =
1 21 ... NB
n n nvv N
+ +=
1 2 ... NT T TTN
+ +< >=
Impulsos escalonadosperíodos múltiplos
Radar – IST – A. Moreira 16
Resposta em frequência de um 5 impulsos (4 linhas de atraso) escalonados
Radar – IST – A. Moreira 17
Comparação da resposta em frequência de um cancelador simples e um cancelador duplo
ΣΣ-
+
-
+
Atraso Tp Atraso Tpinput output
ΣAtraso Tp Atraso Tpinput output
+1
+1
-2
a)
b)
a) Cancelador “duplo”; b) cancelador de 3 impulsos
Caraterização do clutter
• Clutter é um termo que se refere a qualquer objeto que gere ecos não desejados que prejudicam
a operação de um radar. O clutter pode atingir o radar quer pelo lobo principal quer pelos lobos
secundários do diagrama de radiação da antena.
• O clutter pode ser classificado em duas categorias: clutter de superfície e de volume.
– O clutter de superfície pode ser originado por árvores, vegetação diversa, terreno, estruturas
construídas pelo homem, e clutter de mar.
– O clutter de volume inclui “chaff” *, chuva, pássaros e insectos.
– O clutter de superfície pode ter variações consideráveis com a área geográfica, enquanto que o de
volume pode ser mais previsível.
*número elevado de dipolos refletores dispersos num volume considerável, lançados como um meio hostil
destinado a confundir um sistema de defesa
Radar – IST – A. Moreira 18
Caraterização do clutter
• Os ecos do clutter são aleatórios e têm caraterísticas semelhantes às do
ruído porque os refletores locais dão origem a fases e amplitudes
“random”.
• Em muitos casos o clutter é mais intenso que o próprio ruído, pelo que
a capacidade de um radar detetar alvos sobrepostos a clutter depende
mais fortemente da relação sinal/ clutter do que da relação sinal/ ruído.
Radar – IST – A. Moreira 19
Caraterização do clutter
Radar – IST – A. Moreira 20
A secção radar equivalente do clutter, sc, proveniente de uma área de reflexão, Ac, é dada por
onde σ0 é um coeficiente de scattering do clutter, adimensional, (expresso habitualmente em dB).
Como já referimos anteriormente, o termo que descreve a interferência construtiva/ destrutiva das ondas
refletidas por um objeto (alvo ou clutter) designa-se por “fator de propagação”, F. Como alvo e clutter
correspondem a diferentes ângulos de chegada (AoA – angle of arrival) a relação sinal/ clutter (S/C) vem
dada por
onde Fc é o fator de propagação relativo ao clutter e Ft e Fr são os fatores relativos ao percurso
transmissor-alvo e alvo-recetor (geralmente iguais).
2
22
cc
rtt
FFFC/S
ss
=
cc A0ss =
Clutter de superfície
Os fatores que influenciam o nível do clutter no lobo principal são o ângulo rasante (grazing angle) , a
rugosidade da superfície, e o comprimento de onda (tipicamente σ0 é maior para λ menor). A figura
mostra, qualitativamente, a dependência de com o ângulo rasante. Identificam-se três regiões: baixos
ângulos rasantes (até um ângulo crítico), região plana (“plateau”), e ângulos elevados (>60º).
Ângulo rasante Regiões do clutter
Radar – IST – A. Moreira 21
Clutter de superfície
O ângulo crítico é estimado por
onde hrms é o valor estimado da rugosidade da superfície (rms – root mean square)
No caso do mar, uma estimativa para hrms é
onde S é o estado do mar, numa escala de 1-10
Radar – IST – A. Moreira 22
rmsgc h
arcsin4ly =
72.10456.0025.0 Shrms +»
Equação do radar para clutter de superfícieConsidere-se a situação representada na figura
A dimensão da área correspondente
ao “footprint” é
A potência recebida de um alvo na região Ac é
A potência do clutter é
A relação S/C vem
Radar – IST – A. Moreira 23
Ac ≈ Rθ3dBcτ
2cosψ g
( ) 43
22
4 RGPS tt
t psl
=
( ) 43
22
4 RGPS ct
Ac psl
=
tqsyscR
NSdB
gtAc
30
cos2)/( =
Clutter de volume
O coeficiente de clutter de volume é expresso em m2 (RCS por resolução em volume). O clutter
“biológico” (também designado por “angel”), devido a aves e insetos. De acordo com referências na
literatura, por exemplo, a RCS por ave/ insecto pode ser estimada por
(dBsm = dB/m2)
onde Wb é o peso por indivíduo em gramas. Este valor pode depender da frequência (ex: pombo, na banda
S, ~ -26 dBsm e na banda X ~ -27 dBsm).
Outro exemplo é o “chaff” que tem RCS máxima quando os dipolos têm meio comprimento de onda.
Neste caso pode estimar-se
Onde ND é o número de dipolos num volume de resolução
Radar – IST – A. Moreira 24
bdBsmb Wlog8.546)( +-»s
Dchaff N215.0 ls »
Clutter de volume
O clutter de meteorológico ou de chuva é mais fácil de suprimir que o de “chaff”. Em primeira
aproximação as gotas de água podem ser consideradas esféricas e pode usar-se a a teoria de Rayleigh para
estimar a RCS das partículas refletoras. Sem considerar o índice de refração no meio, a RCS pode ser
estimada por
onde k=2π/λ, e r é o raio das partículas. Note-se que quando a polarização incidente é circular (direita/
esquerda) a onda refletida é circular, mas de sentido contrário (esquerda, direita)
Definindo, η, RCS por unidade de volume de resolução VW
N é o número total de refletores
Radar – IST – A. Moreira 25
� = 9⇡r2 (kr)4 (r << �)
å=
=N
ii 1sh
Clutter de volume
A RCS total devida a um volume V é então
Num volume de resolução com um feixe de secção como ilustrado na figura
!" ≈ $%$&'()*/2
Se o feixe tiver secção elíptica, será !" ≈ -. $%$&'
()*
θa , largura de feixe em azimute, θe, em elevação
Radar – IST – A. Moreira 26
å=
=N
WiWi
V1ss
Clutter de volume
Considerando agora a propagação num meio com índice de refração m, para a partícula i,
onde
e Di é o diâmetro da partícula i, por exemplo
para água
e para gelo
então
onde Z é definido por (habitualmente expresso em mm6/m3 )
Radar – IST – A. Moreira 27
624
5
ii DKlps »
2
2
22
21
+-
=mmK
64
5
930 ii D.lps »
64
5
20 ii D.lps »
ZK 24
5
lph =
å=
=N
iiDZ1
6
Equação do radar para clutter de volume
A potência recebida de um alvo é dada por
A potência do clutter de volume é
Substituindo os resultados anteriores vem (feixe com secção elíptica)
A relação S/C vem então dada por
Radar – IST – A. Moreira 28
43
22
4 R)(GPS tt
t psl
=
43
22
4 R)(GPS Wt
W psl
=
å=
=N
iiea
tW cR
R)(GPS
1
243
22
84stqqp
pl
å=
= N
iiea
tV
Rc)C/S(
1
2
8
stqpq
s
Flutuações internas do clutter
Radar – IST – A. Moreira 29
As fontes com movimento de translação ou oscilação originam flutuações internas do clutter:
ex - árvores/ ramagem e vegetação em geral - oscilações dependendo das caraterísticas do ventomar: translação variável em amplitude e faseChuva: translação e oscilações dependendo das condições de turbulência atmosféricas
As flutuações originam espalhamento do espectro.Quanto mais espalhamento, menos efetivo é o cancelamento do clutter
Flutuações do clutter, espalhamento do espectro
Radar – IST – A. Moreira 30
Chuva (4)“Chaff”(5)
Eco de mar/Vento forte (3)Encostas arborizadas /vento a 20 mph (1)
Montes arborizados esparsos, vento fraco (2)
Espectro do clutter
Idealmente o espectro do clutter estacionário (zero Doppler) pode ser representado por uma função delta.
Contudo, nem sempre o clutter é estacionário, por exemplo devido a vento ou ao movimento de
exploração angular da antena.
Espectro de potência do clutter pode ser decomposto numa componente estacionária e numa “random”,
em muitos caso modelada por uma distribuição gaussiana. Denotando a razão entre a potência random e a
fixa por W2, a densidade espectral de potência do clutter pode ser descrita por
Dado que a maior parte da potência está concentrada em torno da frequência nula (estacionária), o modelo
do clutter pode muitas vezes ser simplificado para
onde Pc é a potência total do clutter
Radar – IST – A. Moreira 31
( )÷÷ø
öççè
æ --
++÷÷
ø
öççè
æ+
= 2
20
220
02
2
0 2211 ff
cffexp
)W()f(
WW)f(S
spssds
( )÷÷ø
öççè
æ --= 2
20
2 22 ff
cc
ffexpP)f(Ssps
Exemplo de um espectro de clutter
Radar – IST – A. Moreira 32
Radar – IST – A. Moreira 33
Atenuação do clutterAdmitindo por hipótese que o clutter tem uma densidade espectral representada por
ou
Obtém-se para a relação entre a amplitude do clutter sem e após filtragem, também designada por atenuação do clutter,
2
0
0
2
22
2
2
80
20
/m/s em espectro do padrão desvio/c
)f(eS)f(S
Hertz em espectro do padrão desvio/c)f(eS)f(S
cv
v
f
c
f
v
c
lsss
s
sl
s
==
³=
=³=
-
-
òò
¥
¥
=
0
20
df)f(H)f(S
df)f(SAC
Atenuação do clutter
No caso de um cancelador simples
No caso de um cancelador duplo
Radar – IST – A. Moreira 34
1>>AC
Nota: aproximação válida se !" ≪ $%
AC =S0e
− f2
2σ c df0
∞
∫S0e
− f2
2σ c 4sin2 π fTp( )df0
∞
∫= 0.5
1− e−2π2Tp2σ c2
≈f p2
4π 2σ c2 =
f p2λ 2
16π 2σ v2
AC =S0e
− f2
2σ c df0
∞
∫S0e
− f2
2σ c16sin4 π fTp( )df0
∞
∫≈
f p4
48π 4σ c4 =
f p4λ 4
768π 4σ v4
Radar – IST – A. Moreira 35
Fator de melhoriaDefine-se fator de melhoria do processamento MTI pela razão entre a relação sinal/ clutterapós e antes da filtragem do clutter; como o sinal detetado também é afetado pela filtragem,toma-se como referência o valor médio sobre uma distribuição de velocidade radial(aproximação/ afastamento) uniforme na gama de interesse.
No caso de um cancelador simples
No caso de um cancelador duplo
I =SCR( )0
SCR( )i
⎡
⎣⎢⎢
⎤
⎦⎥⎥
fd
=Ci
C0
×S0
Si
⎛
⎝⎜⎞
⎠⎟ fd
= AC × ganho⎡⎣ ⎤⎦ onde [...] se refere ao valor médio sobre fd
22
2
22 821
)f/()f/(I
pvpc spl
sp=»
44
4
44 12881
)f/()f/(I
pvpc spl
sp=»
Caraterísticas de um filtro MTI
Radar – IST – A. Moreira 36
Um filtro MTI ideal deveria rejeitar o clutter dc e os múltiplos de PRF mas ter uma caraterística plana (flat) em todas as restantes frequências da banda.
A possibilidade de formatar a resposta de frequência depende em grande parte do número de impulsos a processar; mais impulsos maior flexibilidade no desenho do filtro.
Infelizmente o número de impulsos é limitado pela velocidade de varrimento e largura do feixe da antena. Além disso os n-1 primeiros impulsos de um cancelador de n impulsos não dão resposta útil na saída.
Filtros transversais (não-recursivos)
Radar – IST – A. Moreira 37
Os canceladores simples e duplos podem não garantir a resposta mais adequada para a filtragem MTI. Podem desenhar-se outros filtros de resposta finita (FIR) com outras funções de transferência.
Forma canónica de filtros de resposta finita
w1 w2 w3 w4 w... w.. w.. wN
SOMADOR
Atraso T1
… Atraso TN-1
Atraso T2
Atraso T3
… …input
output
Radar – IST – A. Moreira 38
Filtros recursivos com “feed-back” e “feed-forward”
Configuração canónica
Uma forma mais geral de filtros com malhas de atraso consiste na utilização loops de feed-back e de feed-forward. Estes filtros recursivos (IIR – Infinite Impulse Response) têm a seguinte configuração canónica
Exemplo de filtro recursivo
Radar – IST – A. Moreira 39
Usando a transformada Z
c/ z = e j2π f T
1
1
11)( -
-
--
=KzzzH)2cos(21 Tfzz p=+ - ( )
fTKKfTeH fTj
ppp
2cos2)1()2cos1(2
222
-+-
=
y(t) = x(t) – (1 – K)w(t) v(t) = y(t) + w(t) w(t) = v(t – T)
Y(z) = X(z) – (1 – K)W(z) V(z) = Y(z) + W(z) W(z) = z–1V(z)
Exemplo de filtro recursivo
Radar – IST – A. Moreira 40
Neste exemplo de filtro comparam-se as respostas de amplitude, na frequência, para diferentes valores de K. Para K=0 reduz-se a um filtro cancelador simples; para outros valores de K a resposta pode ser mais aplanada, mas note-se que para evitar oscilações temporais o número de impulsos a processar deve ser da ordem de (1-K)-1, o que para K=0.9 corresponde a 10 impulsos.
Radar – IST – A. Moreira 41
Exemplo de filtro recursivo
Exemplo de realização de um filtro de Chebyshev com 0.5 dB de ripple na banda passante
Função de transferência
Banco de Filtros Doppler
• Utilizados para separar diferentes alvos• Melhorar a relação sinal/ ruído, aumentando a
sensibilidade da deteção• Determinação da velocidade radial (com
ambiguidade)• Alternativa analógica ao uso de FFT
Radar – IST – A. Moreira 42
Banco de Filtros Dopplerex: filtro transversal com 8 elementos de atraso
Radar – IST – A. Moreira 43
�Pesos� multiplicativos:
w w w w w w w w
SOMADOR
z-1 z-1 z-1z-1 z-1 z-1 z-1
[ ]Nkijik ew /)1(2 --= p
i= 1,2,3… N e k ∈[0, N-1]
Banco de Filtros Doppler
Radar – IST – A. Moreira 44
• Consiste em N (geralmente 8) filtros transversais com coeficientes
• Resposta impulsiva do filtro “k”
• Função de transferência do filtro “k”
)N...(,kN...,iN/k)i(j
k,i ew 1102112
-==-= p
N/k)i(jN
ipk e]T)i(t[)t(h 12
11 -
=å --= pd
)N/kfT)(i(jN
ik
pe)f(H ---
=å= 12
1
p
Banco de Filtros Doppler
Radar – IST – A. Moreira 45
• Função de transferência
• Um algoritmo de seleção do output de maior intensidade nos filtros contíguos permite uma determinação da velocidade aproximada do alvo detetado.
)]N/kfT(sin[)]N/kfT(Nsin[
e)f(H
p
p
)N/kfT)(i(jN
ik
p
--
=
= ---
=å
pp
p 12
1
Exemplo: N=8, filtro k=3
Radar – IST – A. Moreira 46
Radar – IST – A. Moreira 47
Processamento digital
•A utilização de deteção em quadratura permite eliminar o problema das fases cegas, que pode ocorrer quando o desvio Doppler é metade da frequência de repetição. • A deteção em quadratura não foi utilizada em processadores analógicos pela dificuldade em realizar linhas de atraso que garantissem desvios de fase nulos
Processamento digital MTI
Canal em quadratura
I, canal em fase
Q, canal em quadratura
Limitações do processamento MTI
Radar – IST – A. Moreira 48
• Modulação de scanning da antena• Flutuação interna do clutter
• Instabilidades no equipamento
– Valores indicativos para a atenuação do clutter• Frequência do transmissor• Frequência dos osciladores (coho e stalo)
• Fase do transmissor
• Locking de fase• Temporização dos impulsos
• Largura dos impulsos
• Amplitude dos impulsos
• Processamento digital• Erro de quantização
• Combinação de efeitos
2)( -tDp2)T2( -Dp22 )/(DF46 )/(DFttDt B2)( 22
ttDt B)( 22
2)A/A( D
[ ]dB.)(logI NQ 7501220 10 -»
Cancelador simples
Cancelador duplo
44
4
22
2
42
)/(128)/(8
26.072.0
pvc
pvc
BaBa
fI
fI
nI nI
spl
spl
»»
»»
duplo Cancelador simples Cancelador
N21f I1
I1
I1
I1
+++= !
Radar – IST – A. Moreira 49
MTD – “Moving Target Detector”
Notas: o processador MTD original foi desenhado para a banda S (2.7-2.9 GHz) com duração de impulsos de 0.6µs, 1.35º de largura
de feixe azimutal, wrpm de 12.8, PRF de 1040pps e potência média de 875 W. Usava uma implementação FFT de um banco de filtros
Doppler, PRF alternados para eliminar velocidades cegas, limiar adaptativo (para implementar CFAR - “constant false alarm ratio”) e
um mapa de clutter. Cobria 47.5 mi, discretizadas em 1/16 mi e (¾)º em azimute (~metade da largura de feixe) e analisava 10
impulsos transmitidos com o mesmo PRF. O mapa de clutter era refrescado em cada varrimento e mantinha informação acumulada de
10 a 20 varrimentos anteriores. Com este mapa era possível estabelecer os limiares de deteção em cada célula, e também fornecer a
informação necessária para seguir alvos com trajetória perpendicular à linha de observação.
Processador MTD – caraterísticas típicas
Radar – IST – A. Moreira 50
Utilização em radares ASR (Airport Surveillance Radar)
•Banda S (2.7 – 2.9 GHz)
• τ ~1 µs
• θB ~1.4º
• ωrpm ~12.5 – 15
•PRF 700 – 1200
•Pav 400 – 600 W
Filtro clutter : cancelador de 3 impulsos (1ª geração MTD)
cancelador de 2 impulsos (2ª e 3ª geração)
Filtro Doppler: banco de (8) filtros [8 impulsos* ;1ª e 2ª geração
2 períodos de 8 e 10 impulsos; 3ª geração]
Algoritmos CFAR
STC (sensitive time control, 3ª geração)
(S/C)o/(S/C)i 45 dB
Células 1/16 mi (até 47.5 mi); (¾)º; 365000 células
PRF duplo alternado (diferem de 20%)
Filtro de velocidade 0; mapa de clutter
10 – 20 scans para estabelecer o nível de clutter
Ajuste de limiar por célula
* 10 impulsos para implementar o algoritmo FFT com os filtros Doppler
Radar – IST – A. Moreira 51
Após a filtragem pelo banco de filtros Doppler os outputs são pesados para reduzir o efeito dos “lóbulos” laterais
Os outputs dos filtros são alterados pesando 25% do output dos filtros adjacentes.
Processador MTD
Utilização de PRF duplo Ex: distinguir alvos afetado pelo “fold-over” com dois PRF
Radar – IST – A. Moreira 52
deteção de uma aeronave numa célula de chuva usando 2 PRFs e filtros Doppler ilustrando a visibilidade da aeronave com PRF 1 devido ao Doppler “fold-over” sendo invisível por sobreposição da chuva para PRF 2
MTI em plataforma móvel AMTI – Airborne Moving Target IndicatorGMTI – Ground Moving Target Indicator
Radar – IST – A. Moreira 53
- os alvos fixos (clutter) originam efeito Doppler
-o espectro Doppler exibe alargamento
qlcosv2
fd =
qDql
D
qdl
d
´=
=
sinv2
f
)(cosv2
)f(
d
d
qv
v cos q
AMTI – Airborne Moving Target Indicator
Radar – IST – A. Moreira 54
• Compensação do “Clutter Doppler Shift”
Técnica: TACCAR – “time averaged clutter coherent airborne radar”
• Compensação do alargamento do espectro
Técnica: DPCA – “displaced phase center antenna”
• Compensação por processamento adaptativo no espaço e no tempo
Técnica: STAP – “space-time adaptive processing”. O melhor método, permite redução superior do clutter, mas mais exigente do ponto de vista do processamento
qlcosv2
fd =
qql
D sinv2f Bd =
GMTI – Ground Moving Target Indicator
Radar – IST – A. Moreira 55
Utilização de radar Doppler MTI para distinguir entre alvos móveis e clutter de superfície
Torna possível detetar, localizar e seguir veículos numa grande área mesmo que em movimento lento à superfície ou sobre o mar.
PulseDoppler de impulsos
• Os radares Doppler de impulsos podem ser de PRF médio ou de PRFmuito elevado
• O princípio de funcionamento é semelhante ao do processamento MTI,mas utilizando PRF’s mais elevados, com o consequente aumento deambiguidades no domínio da frequência (Doppler - velocidades cegas)
• Um radar Doppler de impulsos recebe em geral mais clutter do que umradar MTI, pelo que requer fatores de melhoria mais elevados para umfuncionamento satisfatório.
Radar – IST – A. Moreira 56
Radar Doppler de impulsos em plataforma aérea
Radar – IST – A. Moreira 57
Lobo principal
Retorno de altitudeAlvo em
observação
outras direções
Radar Doppler de impulsos é utilizado em plataformas aéreas como, por exemplo, nos sistemas AWACS – Airborne Warning and Control Systems
Na figura ilustra-se o lobo principal, os lobos secundários, e o retorno de clutter do solo
Radar Doppler de impulsos de PRF elevado em plataforma aérea - espectro de transmissão
Radar – IST – A. Moreira 58
Espectro de uma sequência periódica de impulsos, com prf elevado ( 1/τ » fp)
• O espectro está centrado na frequência do oscilador, e está concentrado essencialmente numa banda de largura 2/τ
•o espectro é constituído por riscas separadas pela frequência de repetição de impulsos fp
f0
fp
f0+1/tf0 -1/t
2/t
f
Radar Doppler de impulsos de PRF elevado em plataforma aérea - espectro na receção
Radar – IST – A. Moreira 59
f0 f0+fclp f0+fdf0+2v/l
f0-2v/l f0+fpf0 - fp
Retorno de altitude
Clutter do lobo principal
Retorno do alvo
Clutter dos lobos laterais
0f
clpfdf l/2v
pf
frequência de transmissão
desvio Doppler devido ao alvo (velocidade relativa radar/ alvo)
frequência de repetição
espalhamento do clutter dos lobos laterais
v velocidade da plataforma relativa ao solo
clutter do lobo principal
Nota: fp muito elevado permite a separação das componentes espectrais identificadas na figura
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