Processamento MTI Moving target indicator
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- Dina Leal Alves
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1 Processamento MTI Moving target indicator Conceito introduzido na WWII Técnica de rocessamento de sinal desenvolvida desde a década de Introdução de rocessamento digital levou à generalização do MTI Fundamental em vigilância aérea na resença de clutter Actualmente todos os sistemas de deesa aérea utilizam técnicas de searação dos alvos móveis do clutter Radar IST A. Moreira 1
2 Radar MTI/ Radar Doler de imulsos Eeito Doler MTI s/ ambiguidade na distância Determinação velocidade (CW Searação de alvos: c/ ambiguidade na requência doler (velocidades cegas estacionário (clutter/ em movimento Radar Doler de imulsos s/ ambiguidade na requência doler ambiguidade na distância Radar IST A. Moreira
3 Ilustração das ases relativas no retorno de uma sequência de imulsos Imulso 1 Imulso Imulso 3 Radar Alvo arado; clutter Fases iguais Alvo móvel; Doler Fases dierentes Radar IST A. Moreira 3
4 Determinação da requência Doler com um radar de imulsos Modulador de imulsos Dulexer Am. de otência Oscilador CW t t ± t d Sinal de reerência Recetor Filtro Doler Outut Utiliza um detector de ase Radar IST A. Moreira
5 Imulsos na transmissão, e na saída do detector de ase de um radar Doler de imulsos a Imulsos transmitidos; b imulsos na saída do detector de ase quando d >1/τ (situação ouco requente; c idem quando d <1/τ. A traço interromido reresenta-se o outut que corresondería a uma detecção em radar CW. A determinação da requência Doler é ossível com técnicas de rocessamento de sinal desde que o a janela de observação seja suicientemente larga (em teoria elo menos um ciclo Doler e em c no mínimo imulsos or ciclo. Radar IST A. Moreira 5
6 Observação de retornos num A-scoe (a-e Varrimentos sucessivos num dislay tio A-scoe reresentando a saída de um detector de ase. ( sobreosição de vários varrimentos; eeito borboleta a e b Varrimentos sucessivos num dislay tio A-scoe reresentando a saída de um detector de ase. c Subtracção de a e b resultando no cancelamento de clutter. as setas indicam a osição de alvos móveis Radar IST A. Moreira 6
7 Blocos de um radar MTI transmissor com amliicador de otência Mod. imulsos Dulexer L + c Am. otência L + c Klystrons, TWT s, CFA s,... L + c ± d Mixer Stalo L Mixer Recetor/ excitador c ± d Am. IF Coho c c ± d Detector ase d Cancelador Nota: Stalo stable local oscillator Coho coherent oscilator Radar IST A. Moreira 7
8 Blocos de um radar MTI oscilador de otência como transmissor Dulexer Magnetrão RF locking Mod. imulsos Gerador de trigger Mixer Stalo Mixer Am. IF Coho IF locking Detector ase Reerência CW Cancelador Radar IST A. Moreira 8
9 Cancelador simles Diagrama de blocos de um cancelador simles Radar IST A. Moreira 9
10 Resosta em requência de um cancelador simles d vr n n n λ T,1,,... H( 1 1/T /T 3/T 3/T Frequência Doler Resosta de um iltro cancelador simles Velocidades cegas nλ nλ vn n 1,,... T Radar IST A. Moreira 1
11 Comaração da resosta em requência de um cancelador simles e um cancelador dulo a Cancelador dulo ; b cancelador de 3 imulsos Radar IST A. Moreira 11
12 Radar IST A. Moreira 1 Atenuação do clutter Admitindo or hiótese que o clutter tem uma densidade esectral reresentada or ou Obtem-se ara a atenuação do clutter aós iltragem em m/s adrão do esectro desvio c e W W adrão do esectro em Hertz desvio c e W W c v v 8 c v c / / ( ( / ( ( λσ σ σ σ σ λ σ d H W d W AC ( ( (
13 Radar IST A. Moreira 13 Atenuação do clutter No caso de um cancelador simles No caso de um cancelador dulo v c T 16 e 1 5 d T sin W e d W e AC c c c σ π λ σ π π σ π σ σ. ( v c d T 16sin W e d W e AC c c σ π λ σ π π σ σ ( AC << 1 Nota: aroximação válida se
14 Radar IST A. Moreira 1 Factor de melhoria Deine-se actor de melhoria do rocessamento MTI ela razão entre a relação sinal/ clutter aós e antes da iltragem do clutter; como o sinal detectado também é aectado ela iltragem, toma -se como reerência o valor médio sobre uma distribuição de velocidade radial (aroximação/ aastamento uniorme na gama de interesse. No caso de um cancelador simles No caso de um cancelador dulo ( ( [ ] d i i i médio sobre reere ao valor onde [...] se ganho AC S S C C C S C S I d d / / v c 8 1 I / ( / ( σ π λ σ π v c I / ( / ( σ π λ σ π
15 Filtros transversais (não-recursivos Os canceladores simles e dulos odem não garantir a resosta mais adequada ara a iltragem MTI. Podem desenhar-se outros iltros de resosta inita (FIR com outras unções de transerência. Forma canónica de iltros de resosta inita Radar IST A. Moreira 15
16 Filtros recursivos com eed-back e eedorward Uma orma mais geral de iltros com malhas de atraso consiste na utilização loos de eed-back e de eed-orward. Estes iltros recursivos têm a seguinte coniguração canónica Exemlo de realização de um iltro de Chebyshev com.5 db de rile na banda assante Coniguração canónica Função de transerência Radar IST A. Moreira 16
17 Comaração de canceladores (1 Canclador tíico de 3 imulsos; ( Cancelador de 5 imulsos com esos ótimos ; (3 Imlementação do tio Chebyshev de 15 imulsos. Radar IST A. Moreira 17
18 Frequências escalonadas a Resosta em requência de uma linha de atraso canceladora simles ara 1/T 1 ; (b Idem ara 1/T ; (c Resosta comosta com T 1 /T /5 Radar IST A. Moreira 18
19 Frequências escalonadas Resosta em requência de um 5 imulsos ( linhas de atraso escalonados Radar IST A. Moreira 19
20 Banco de Filtros Doler Utilizados ara searar dierentes alvos Melhorar a relação sinal/ ruído, aumentando a sensibilidade da detecção Determinação da velocidade radial (com ambiguidade Alternativa analógica ao uso de FFT Radar IST A. Moreira
21 Banco de Filtros Doler Consiste em N (geralmente 8 iltros transversais com coeicientes w i,k e jπ ( i 1 k / N i 1,...N k,1...( N 1 Resosta imulsiva do iltro k h k ( t N i 1 δ [t ( i 1T ] e jπ ( i 1 k / N Função de transerência do iltro k H k ( N i 1 e jπ ( i 1 ( T k / N Radar IST A. Moreira 1
22 Banco de Filtros Doler Função de trasnerência H k ( N i 1 e jπ ( i 1 ( T k / N sin[ πn( sin[ π( T T k / N ] k / N ] Um algoritmo de selecção do outut de maior intensidade nos iltros contíguos ermite uma determinação da velocidade aroximada do alvo detectado. Radar IST A. Moreira
23 Processamento digital Radar IST A. Moreira 3
24 Limitações do rocessamento MTI Modulação de scanning da antena Flutuação interna do clutter Instabilidades no equiamento Cancelador simles I I a c.7n B λ 8π ( σ / v Cancelador dulo I I a c.6n B λ 18π ( σ / v Valores indicativos ara a atenuação do clutter Frequência do transmissor Frequência dos osciladores (coho e stalo Fase do transmissor Locking de ase Temorização dos imulsos Largura dos imulsos Amlitude dos imulsos Processamento digital Erro de quantização Combinação de eeitos ( πδτ ( πδt /( ΔΦ 6 /( ΔΦ τ ( Δτ Bτ τ ( Δτ Bτ ( A / ΔA N I Q log [( 1. 75]dB 1 I L+ I I 1 1 I N Cancelador simles Cancelador dulo Radar IST A. Moreira
25 MTD Moving Target Detector Radar IST A. Moreira 5
26 Processador MTD características tíicas Utilização em radares ASR (Airort Surveillance Radar Banda S (.7.9 GHz τ ~1 μs θ B ~1.º ω rm ~ PRF 7 1 P av 6 W Filtro clutter : cancelador de 3 imulsos (1ª geração MTD cancelador de imulsos (ª e 3ª geração Filtro doler: banco de (8 iltros [8 imulsos* ;1ª e ª geração eríodos de 8 e 1 imulsos; 3ª geração] Algoritmos CFAR STC (sensitive time control, 3ª geração (S/C o /(S/C i 5 db Células 1/16 mi (até 7.5 mi; (¾º; 365 células PRF dulo alternado (dierem de % Filtro de velocidade ; maa de clutter 1 scans ara estabelecer o nível de clutter Ajuste de limiar or célula * 1 imulsos ara imlementar o algoritmo FFT com os iltros Doler Radar IST A. Moreira 6
27 MTI em lataorma móvel AMTI Airborne Moving Target Indicator - os alvos ixos (clutter originam eeito doler -o esectro doler exibe alargamento v λ cosθ d δ ( Δ d d v δ (cosθ λ v sinθ Δθ λ Radar IST A. Moreira 7
28 AMTI Airborne Moving Target Indicator Comensação do Clutter Doler Shit v λ cosθ d Técnica: TACCAR time averaged clutter coherent airborne radar Comensação do alargamento do esectro v θ B sinθ λ Técnica: DPCA dislaced hase center antenna Δ Comensação or rocessamento adatativo no esaço e no temo d Técnica: STAP sace-time adative rocessing. O melhor método, ermite redução suerior do clutter, mas mais exigente do onto de vista do rocessamento Radar IST A. Moreira 8
29 Radar Doler de imulsos Os radares Doler de imulsos odem ser de PRF médio ou de PRF muito elevado O rincíio de uncionamento é semelhante ao do rocessamento MTI, mas utiliando PRF s mais elevados, com o consequente aumento de ambiguidades no domínio da requência (Doler - velocidades cegas Um radar Doler de imulos recebe em geral mais clutter do que um radar MTI, elo que requer actores de melhoria mais elevados ara um uncionamento satisatório. Radar IST A. Moreira 9
30 Radar Doler de imulsos em lataorma aérea Radar doler de imulsos é utilizado em lataormas aéreas como, or exemlo, nos sistemas AWACS Airborne Warning and Control Systems Lobo rincial Alvo em observação Retorno de altitude outras direcções Na igura ilustra-se o lobo rincial, os lobos secundários, e o retorno de clutter do solo Radar IST A. Moreira 3
31 Radar Doler de imulsos de PRF elevado em lataorma aérea - esectro de transmissão -1/τ +1/τ /τ Esectro de uma sequência eriódica de imulsos, com r elevado ( 1/τ» O esectro está centrado na requência do oscilador, e está concentrado essencialmente numa banda de largura /τ o esectro é constituído or riscas searadas ela requência de reetição de imlulsos Radar IST A. Moreira 31
32 Radar Doler de imulsos de PRF elevado em lataorma aérea - esectro na receção Retorno de altitude Clutter do lobo rincial Retorno do alvo Clutter dos lobos laterais - -v/λ + cl + d + +v/λ requência de transmissão v velocidade da lataorma relativa ao solo d desvio Doler devido ao alvo (velocidade relativa radar/ alvo requência de reetição v / λ cl esalhamento do clutter dos lobos laterais clutter do lobos rincial Nota: muito elevado ermite a searação das comonenetes esectrais identiicadas na igura Radar IST A. Moreira 3
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