Pasivní Koherentní Lokace. Duben 2008

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Pasivní Koherentní Lokace. Duben 2008"

Michal Marek
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Pasivní Koherentní Lokace Duben 2008

2 Obsah Koncepce systému PCL Princip Bistatický radar Problémy Základy zpracování PCL signálů Eliminace clutter Vzájemná funkce neurčitosti Detekce cílů Asociace měření Transformace do 3D prostoru Vedení cílů 2

clutter Vzájemná funkce neurčitosti Detekce cílů

3 Koncepce systému Jeden nebo několik vysílačů (FM, TV, GSM, atd.) ozařuje svým signálem cíl, přijímač monitoruje odražené signály a porovnává je se signálem přímým systém založen na principu bistatického radaru 3

4 Koncepce systému Bistatický radar l + L l = r1 + r2 ; a = 2 L e = ; b = a e v e da c = 2 = fd dt f Sledované veličiny zpoždění mezi přímým a odraženým signálem (množina všech možných bodů splňující konstantní zpoždění = elipsa eliptická vzdálenost) Dopplerův frekvenční posun derivace eliptické vzdálenosti normálová složka rychlosti cíle (kolmá na tečnu elipsy) 4

možných bodů splňující konstantní zpoždění = elipsa eliptická vzdálenost) Dopplerův

5 Koncepce systému Určení polohy cíle měřením směru příchodu signálu Použití fázových anténních řad Těžko realizovatelný všesměrový systém 5

6 Koncepce systému Určení polohy cíle triangulací (stanovením průsečíku elips) Možno realizovat všesměrový systém Problém s asociací cílů při přepočtu z eliptických do Kartézských souřadnic 6

všesměrový systém Problém s asociací cílů při

7 Koncepce systému Výkonová bilance Poměr SNR Pr P n = ( 4π ) 2 Pt λ σ B r r kt BF U PCL je z hlediska dosahu systému důležitější spíše poměr přímý/odražený signál Pe P d 1 4π σ L B 2 ( r r ) Kromě signálů odražených od pohybujících se cílů, na anténu přijímače dopadají rovněž signály odražené od statických cílů clutter (budovy, odrazy od země, atd.) Zpracování signálů pod šumem = integrační zpracování 7

signálů odražených od pohybujících se cílů, na anténu přijímače dopadají rovněž signály odražené od

8 Koncepce systému Nutné podmínky pro správnou funkci PCL Přímý a odražené signály nelze vzhledem k jejich velké dynamice zpracovávat jako jednu směs signálů, proto existují oddělené větve pro příjem přímého a odraženého signálu Musí být dodržena koherence všech kanálů Musí být dodržena korelovanost všech kanálů (všechny prvky přijímacího řetězce musí vykazovat stejné vlastnosti ve všech kanálech) V kanálech pro příjem odrazů je nutné odstranit přímý signál Je nutné odstranit ze signálu vliv clutteru Aplikace vyspělých metod číslicového zpracování signálů 8

dodržena korelovanost všech kanálů (všechny prvky přijímacího řetězce musí vykazovat stejné vlastnosti ve všech kanálech) V kanálech pro

9 Signály z antény Pro každý element antény Eliminace clutteru Aplikace přizpůsobeného filtru Detekce cílů (plot) Jednou pro každý vysílač Stanovení směru příchodu signálu Transformace SS Asociace měření Přepočet měření Vedení cílů v reálném 3D prostoru Eliminace clutteru Přizpůsobený filtr (CAF) Postupná eliminace cílů Odhad parametrů jednotlivých cílů (Vzdálenost, Doppler, Směr příchodu, Výkon,...) Ploty pro jeden kanál.. Přijímač CH CH n Reference Autokorelace Multikanálové koherentní zpracování Eliminace clutteru Přizpůsobený filtr (CAF) Postupná eliminace cílů Odhad parametrů jednotlivých cílů (Vzdálenost, Doppler, Směr příchodu, Výkon,...) Ploty pro jeden kanál Vedení v prostoru RxD Brány vedených 3D cílů Vedení v prostoru RxD Brány vedených 3D cílů Asociace cílů Sestavení obrazu letové situace Transformace souřadného systému Zavedení nových cílů Vedení cílů ve 3D 9 Letová situace

Výkon,...) Ploty pro jeden kanál.. Přijímač CH 1.

10 Eliminace clutter Clutter odrazy od předmětů s nulovým Dopplerovým posunem (budovy, terén, vodní hladiny, atd.) Leží v prostoru generovaném bází tvořenou zpožděnými referenčními signály Počet bázových vektorů závisí na maximálním zpoždění výkonově zajímavých odrazů Eliminace clutter = odstranění složek signálu ležících v prostoru generovaném bází (signál bez clutter je kolmý na všechny vektory báze) Řešení vede na velkou soustavu komplexních lineárních rovnic, Ax = b, kde A je čtvercová matice a její regularitu (závisí na modulaci referenčního signálu) nelze zaručit 10

zajímavých odrazů Eliminace clutter = odstranění složek signálu ležících v prostoru generovaném bází (signál bez clutter je kolmý na všechny

11 Stanovení sledovaných charakteristik signálů (zpoždění + Doppler) Výpočet vzájemné funkce neurčitosti (CAF Cross Ambiguity Function), která je tzv. přizpůsobeným filtrem (maximalizuje poměr užitečného signálu k šumu na svém výstupu). Zpoždění (TDOA) Integrační čas CAF = vzájemná korelační funkce pro různé časové a frekvenční posuny signálů Lokální maximum v CAF (špička) svědčí o přítomnosti cíle T ( ) ( ) * ( ) j 2 ft CAF τ, f s1 t s2 t τ π = + e dt Dopplerův frekvenční posun (FDOA) 0 Přímý signál (reference), komplexní tvar Odražený signál, komplexně sdružený Velikost postranních laloků (mohou znesnadnit detekci) závisí na druhu signálu (šířka pásma, druh modulace, atd.). Z tohoto pohledu je nejvýhodnější nekorelovaný (bílý) šum, naopak deterministický charakter modulace může způsobit nejednoznačnost měření eliptických souřadnic (periodicita korelační funkce) 11

Zpoždění (TDOA) Integrační čas CAF = vzájemná korelační funkce pro různé časové a frekvenční posuny signálů Lokální maximum v CAF (špička) svědčí o přítomnosti cíle T ( ) ( ) * ( ) j 2 ft CAF τ, f s1

12 CAF pro různý modulační signál (FM vysílání) Hlas ( pomalá modulace s malou šířkou pásma) vs. hudba (rychlé změny, velká šířka pásma) 12

13 Výpočet CAF pomocí FFT k ( * CAF τ, = FFT s ( ) ( )) 1 n s2 n + τ, pro 0 τ τ MAX N 2. krok: FFT 1. krok: Signálový součin Pro snížení výpočetní náročnosti decimace CAF s clutter a bez clutter 13

14 Příklad výsledku výpočtu CAF Cíl č.1 Cíl č.3 Cíl č.2 Cíl č.4 Šumový práh zpracování Cíl č.5 Cíl č.6 Cíl č.7 Cíl č.8 Eliptické souřadnice cíle - Eliptická vzdálenost, Eliptický Dopplerův posun 14

15 Detekce odrazů Odrazy jsou detekovány a eliminovány postupně od nejvýkonnějšího k nejslabším, Poloha odrazu je dána vždy výkonovým maximem v CAF, Detekce jednoho odrazu zahrnuje: - odečet jeho polohy v prostoru Range x Doppler x (Azimut x Elevace), - eliminaci odrazu v CAF, odraz z CAF zmizí (odstranění hlavního i všech falešných lokálních maxim), Omezený počet iterací, Limit maximálního výkonu v CAF pro zahájení odečtu. Vedení v prostoru Range x Doppler Vyloučení falešných osamocených měření Predikce polohy cíle na několik následujících integračních intervalů 15

CAF zmizí (odstranění hlavního i všech falešných lokálních maxim), Omezený počet iterací, Limit maximálního výkonu v CAF pro zahájení odečtu.

16 16

17 Vedení v prostoru Range x Doppler 17

18 Směr příchodu Více kanálové zpracování (ERA 8 kanálů) totožného frekvenčního pásma (více CAF): - lepší pokrytí sledovaného prostoru, - určení azimutu a elevace odrazu, Odraz je detekován ve více CAF s totožnou polohou Range x Doppler, ale v různé amplitudě a fázi, Konkrétní odraz lze v každé CAF parametrizovat jedním komplexním číslem, Ideální zobrazení Z z prostoru Azimut x Elevace x Polarizace do C 8, model anténních charakteristik, Hledání inverse zobrazení Z pro konkrétní odraz, detekce odrazu v menším počtu CAF, šum, Určení azimutu a elevace není příliš přesné a vždy jednoznačné, Každá změna okolí anténního systému má vliv na zobrazení Z. Nebezpečí systematických chyb. 18

Ideální zobrazení Z z prostoru Azimut x Elevace x Polarizace do C 8, model anténních charakteristik, Hledání inverse zobrazení Z pro konkrétní odraz, detekce odrazu v

19 Asociace měření z různých frekvenčních kanálů (různé vysílače) Odraz od téhož cíle má v CAF různých vysílačů různou RxD polohu, ale totožný azimut a elevaci, Dva stupně asociace: - přiřazení měření RxDxAxE již (v 3D) vedeným cílům, přiřazuje se podle všech z CAF odečítaných souřadnic, brány Kalmanova filtru, - asociace zbylých měření podle azimutu a elevace, Systematické chyby v určení azimutu a elevace, asociace je na rozdíl od vedení na tyto chyby méně citlivá. Přepočet primárních měření do 3D Kalmanův filtr = predikce, měřící šum, řídící šum (model pohybu cíle), brány pro primární měření, Aktualizace jednotlivých treků měřeními přiřazenými pomocí bran, Přepočet asociovaných měření do 3D (zavádění nových treků): - přímý analytický přepočet dvě elipsy rovina nebo tři elipsy, analytická geometrie v prostoru, - přeurčený přepočet v případě více než tří elips nebo v případě těsně se míjejících elips, vícerozměrné Gaussovy náhodné veličiny, Problémem je především špatná podmíněnost pro vedení a přepočty v reálném 3D, výšku cílů nelze často určit a je nutné ji volit. 19

a elevace, asociace je na rozdíl od vedení na tyto chyby méně citlivá.

20 Pasivní Koherentní Lokace Duben 2008 Děkuji za pozornost Otázky?

Podobné dokumenty

UNIVERZITA PARDUBICE FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY

UNIVERZITA PARDUBICE FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY ANALÝZA SIGNÁLU FM ROZHLASU BAKALÁŘSKÁ PRÁCE AUTOR: Radek Kolář VEDOUCÍ PRÁCE: Prof. Ing. Pavel Bezoušek, CSc. 2009 1 UNIVERSITY OF PARDUBICE