Procesarea Semnalelor Radar

INTRODUCERE

Condiţiile reale din mediile de propagare a semnalului radar determină la intrarea receptoarelor din sistemele de locaţie existenţa unor semnale cu efect perturbator (semnale ecou de la alte ţinte care nu prezintă interes, reflexii de la obiecte fixe sau formaţiuni meteo pe fundalul cărora se pierde semnalul util, bruiaj activ sau pasiv de diferite tipuri, zgomotul gaussian al traseului de recepţie din sistemul de locaţie). Prezenţa perturbaţiilor aleatoare, cât şi fluctuaţia semnalului ecou imprimă un caracter statistic algoritmilor de prelucrare a semnalului, impunând metodele teoriei probabilitaţilor şi a statisticii matematice pentru sinteza structurilor de procesare.

Principalele funcţiuni care vizeaza etapa de prelucrare primară a semnalului într-un sistem radar se refera la : identificarea componentelor utile ale semnalului (componentele purtatoare ale informatiilor de interes), separarea acestora de componentele perturbatoare şi apoi măsurarea parametrilor purtători de informaţie.

În scopul obţinerii unor informaţii cât mai concludente, exacte şi detaliate asupra obiectelor din spaţiul explorat, procesarea semnalelor de tip radar presupune mai întâi o reprezentare cât mai exactă, dacă e posibil chiar în "detaliu" a semnalului ecou în a cărui parametri se regasesc informaţiile utile ce caracterizează structura zonei de supraveghere radar.

În general neajunsurile reprezentărilor Fourier sunt legate de imposibilitatea de a descrie proprietăţile spectrale ale semnalului simultan cu proprietăţile temporale, îngreunându-se analiza semnalelor nestaţionare şi selecţia semnalului util din fondul zgomotelor.

Pentru eliminarea acestui neajuns se pot utiliza alte spaţii de reprezentare a semnalului, care conţin aceiaşi cantitate de informaţie ca şi reprezentările clasice, dar parametrii utili se regăsesc sub o formă mai accesibilă sistemului de prelucrare şi măsurare ale acestora. Astfel modelul de reprezentare al semnalului devine determinant pentru alegerea strategiilor de prelucrare, impunând algoritmul de procesare şi structura sistemului.

De asemenea se poate utiliza o reprezentare mixta a semnalului ecou, într-o serie de semnale elementare, care să ocupe fiecare un domeniu bine determinat în planul timp-frecvenţă. Aceasta presupune reprezentarea semnalului ca o superpoziţie de undişoare elementare, care posedă fiecare o frecvenţă definită ( localizare într-o fereastră de frecvenţă ) şi o localizare temporală bine definită (fereastră temporală). În acest mod se obţine un spectru "instantaneu", care oferă informaţii spectrale asociate unei porţiuni temporale cunoscute a semnalului. Dacă, în plus, se utilizează “undişoare” scalate temporal (Transformata Wavelet) se obţine o rezoluţie variabilă a informaţiei spectrale, care scade odată cu creşterea frecvenţei, iar rezoluţia temporală creste odată cu frecvenţa.

Aceste reprezentari permit alegerea unor algoritmi de prelucrare în concordanţă cu scopul urmărit, determinând marirea preciziei şi a calităţii informaţiilor extrase în urma procesării semnalului radar.

1. Metode de Reprezentare a Semnalelor Radar.

1.1. Reprezentarea şi analiza Fourier a semnalelor Radar.

Acest tip de reprezentare oferă o relaţie biunivocă între domeniul timp şi domeniul frecvenţă, stând la baza proiectării filtrelor analogice sau numerice din sistemele de locaţie clasice. Pentru semnalul y(t) transformata sa Fourier se defineşte cu relaţia :

(1.1)

Transformata inversă, care permite refacerea univocă a semnalului temporal este:

(1.2)

Se cunoaşte că sistemele de recepţie clasice, optime din punct de vedere al criteriului maximizării raportului semnal /zgomot (pentru zgomot alb gaussian) calculează integrala de corelaţie între semnalul recepţionat y(t) şi replicile retardate şi deplasate Doppler ale semnalului emis.

(1.3)

Ieşirea receptorului corelaţional admite un maxim absolut, obţinut numai în cazul în care semnalul ecou coincide cu replica asteptată, realizându-se astfel selecţia după τ si ωd (respectiv distanţă şi viteză radială ).

(1.4)

Dacă în relaţia (1.3) se consideră y(t)=x(t) se obţine funcţia de incertitudine a semnalului de sondaj x(t) ,care joacă un rol important în analiza şi prelucrarea semnalelor radar de bandă ingustă, determinând capacitatea potenţială de separare în distanţă şi viteză, specifică semnalului de sondaj x(t).

(1.5)

Prelucrând relaţia (1.3) se obţine :

(1.6)

Deci ieşirea receptorului optim coincide cu răspunsul unui filtru având caracteristica :

(1.7)

Această reprezentare simplifică mult structura receptorului optim, acesta realizându-se cu un banc de filtre.

Fig. 1

O altă metodă de analiză Fourier, întalnită la radarele clasice,o reprezintă aplicarea TFD la filtrele de fază utilizate în scopul selecţiei în viteză (frecvenţă Doppler ) a ţintelor.

Aceste metode de reprezentare utilizează modelul de bandă îngustă al semnalului, nefiind aplicabile în cazul semnalelor de bandă foarte largă. Se va arăta ulterior că acestui model de semnal i se potrivesc mult mai bine tehnicile de reprezentare Wavelet şi analiza timp frecvenţă.