Modelado de un radar Doppler de pulsos (PDR)

Abstract

RESUMEN: En este trabajo, se desarrollaron algoritmos para determinar la distancia, posición y velocidad de blancos por medio de técnicas utilizadas en un sistema de radar. Para ello, primeramente se describe el funcionamiento y las características que conforman a un sistema de radar. Además se proporcionan las bandas de frecuencias de operación y algunas de las aplicaciones de este tipo de sistemas. Aunado a esto, se describen técnicas de modulación empleadas en el diseño del radar. Así mismo, se determinan los campos eléctricos y magnéticos radiados por las antenas dipolares, arreglos y los reflectores parabólicos. Mediante los cuales, se calculan los parámetros de antenas. En este contexto, se enfatiza en la obtención de los patrones de radiación de las antenas, ya que la posición relativa de un blanco es obtenida por medio del lóbulo principal de la antena. Por lo cual, el ángulo de media potencia del lóbulo principal de la antena debe ser muy estrecho para obtener el mínimo error en la posición del blanco. Conjuntamente, debido a que el objeto es detectado mediante el nivel de la señal reflejada del blanco, se calcularon las principales atenuaciones ocasionadas por la propagación de la señal en la atmósfera. Presentando resultados de la atenuación por lluvia y por absorción de gases para diferentes bandas de frecuencia. Para determinar la distancia, se obtiene el tiempo de retraso del pulso electromagnético, al viajar de ida y de vuelta en la atmósfera. Este retraso se obtiene mediante la correlación entre la señal transmitida y la reflejada. Ahora bien, la velocidad del blanco es encontrada mediante el cambio de frecuencia que sufre la señal al incidir sobre un blanco en movimiento. Dicho cambio de frecuencia es conocido como Frecuencia Doppler. Esta frecuencia es determinada mediante el efecto Doppler y el sistema de identificación de blancos en movimiento (MTI- Moving Target Indication). Además es utilizada la técnica del Filtro Kalman con el fin de obtener un estimador óptimo de la posición de un blanco, basado en un modelo de mediciones con ruido y el modelo de la dinámica de un blanco con velocidad constante.

ABSTRACT: In this work, algorithms to compute the range, position and velocity of targets were developed by means of different techniques used in radar systems. For this propose radar system operation and characteristics are described. In order, there are provided the operating frequency bands and some applications of the system. Modulation techniques usually used in radar systems design are described. Also, electric and magnetic fields of dipoles, arrays and parabolic reflectors are obtained. Besides that, antennas parameters are calculated. In this context, emphasis was put to obtain radiation patterns of these antennas, since the relative position of target is obtained by means of main beam of the antenna. This means, that narrow directive beams are necessary to obtain the minimal error in target position. Furthermore, since the target detection is made through received signal level of the target, the main atmospheric attenuation was computed. The target’s range is computed by measuring the time delay; it takes a pulse to travel the twoway path between the radar and the target. The time delay is obtained by means of the correlation between transmitted and received signal. Moreover, the target velocity is extracted through of shift in the center frequency of incident signal due to the target motion with respect to the source of radiation. The frequency’s shift is known as Doppler Frequency. This frequency is determined bye means of the Doppler phenomenon and Moving Target Indication System. In addition, DiscreteTime Kalman Filtering algorithm is used for estimating position and velocity of a target. The position of the target is assumed to be measured by a radar at uniform intervals of time T seconds and all measurements are noisy. A dynamic model for constant-velocity target was employed.