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Sistemi Radar
RRSN – DIET, Università di Roma “La Sapienza” MTI – 1
Moving Target Indicator (MTI)
convenzionale
Pierfrancesco Lombardo
Sistemi Radar
RRSN – DIET, Università di Roma “La Sapienza” MTI – 2
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
Sistemi Radar
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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
Sistemi Radar
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Il problema del clutter …
Shrader & Gregers-Hansen “MTI Radar”in M. Skolnik – Radar Handbook 2° Ed.
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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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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