Bujaldón, Maximiliano (2022) Utilización de diversidad de polarización en un radar pasivo / Use of polarization diversity in passive radar. Proyecto Integrador Ingeniería en Telecomunicaciones, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Dentro de los radares utilizados para vigilancia se encuentran los radares pasivos. Estos tienen particularidades interesantes: no emiten ningún tipo de radiación, sino que su funcionamiento se basa en el uso de alguna fuente de señales de radio ya existente como los servicios de radiodifusión o de televisión por aire. Esto hace que sean más eficiente y, además, que pasen desapercibidos. Su principal inconveniente es la baja potencia que recibe de los blancos que se quiere detectar. Existen varias formas de atacar ese problema, siendo la más directa el uso de grandes tiempos de integración coherente. En general, para evitar efectos como la migración en celda, se evita el uso de tiempos muy largos. En este trabajo se intenta aprovechar otra forma de mejorar la sensibilidad: el uso de diversidad de polarización. El objetivo del trabajo fue el estudio teórico y experimental de la utilización de la diversidad de polarización para mejorar la detección de blancos en un radar pasivo. En algunas circunstancias, cuando una onda electromagnética se refleja en objetos de formas complejas o con ciertas orientaciones respecto de los rayos, puede cambiar sustancialmente su polarización. Cuando esto ocurre, parte de la energía necesaria para la detección es perdida si el receptor no se adecúa para este escenario. Aquí se propone el uso de un par de antenas ortogonales capaces de captar la energía que pudo haberse distribuido en los distintos ejes de polarización. La primera tarea del trabajo consistió en el estudio del funcionamiento de radares, particularmente los radares biestáticos. Se implementaron todas las etapas de procesamiento de señales de radar biestático creando una biblioteca en Python. Para la comprobación del correcto funcionamiento de la biblioteca, se recrearon algunas figuras de la bibliografía y se realizaron simulaciones. Además, se utilizó una base de datos de radar pasivo que fue útil para la validación de la cadena de procesamiento. Por otro lado, se realizó trabajo experimental. La primera etapa de este consistió de una caracterización del equipo a utilizar. Luego, se usaron los datos obtenidos para hacer predicciones del desempeño en la detección de blancos. Por ultimo, se adquirieron datos para su posterior procesamiento offline para la detección de diferentes blancos. Con los datos obtenidos se pudo comprobar que efectivamente en ambas polarizaciones se recibían señales que, mediante una técnica adecuada, podían combinarse para obtener una mejora sobre la utilización de una sola polarización. Por lo tanto, el uso de la diversidad de polarización deriva en mejor detección, particularmente, se puede aprovechar hasta el doble de la potencia recibida en promedio (comparado con el uso tradicional con una sola antena de recepción). Como conclusión, se obtuvo en promedio una mejora de 0.9 dB en la SNR de la CAF comparado con la CAF de mejor caso para una polarización, y de 2.5 dB, con respecto a la CAF de peor caso en una polarización.
Resumen en inglés
Passive radars are among the radars used for surveillance. These have interesting peculiarities: they do not emit any type of radiation, but rather their operation is based on the use of an already existing source of radio signals such as broadcasting services or air television. This makes them more efficient, and also, they go unnoticed. Its main drawback is the low power it receives from the targets it wants to detect. There are several ways to attack this problem, the most direct being the use of long coherent integration times. In general, to avoid effects such as cell migration, the use of very long times is avoided. In this work we try to take advantage of another way to improve sensitivity: the use of polarization diversity. The objective of the work was the theoretical and experimental study of the use of polarization diversity to improve target detection in passive radar. In some circumstances, when an electromagnetic wave is reflected from objects with complex shapes or with certain orientations with respect to the rays, it can substantially change its polarization. When this happens, part of the energy necessary for detection is lost if the receiver is not suitable for this scenario. Here we propose the use of a pair of orthogonal antennas capable of capturing the energy that could have been distributed in the different polarization axes. The first task of the work consisted in the study of the operation of radars, particularly bistatic radars. All stages of bistatic radar signal processing were implemented by creating a library in Python. To verify the correct functioning of the library, some figures from the bibliography were recreated and simulations were carried out. In addition, a passive radar database was used which was useful for the validation of the processing chain. On the other hand, experimental work was carried out. The first stage of this consisted of a characterization of the equipment to be used. The obtained data was then used to make predictions of target detection performance. Finally, data was acquired for subsequent offline processing for the detection of different targets. With the data obtained, it was possible to verify that both polarizations actually received signals that, through an appropriate technique, could be combined to obtain an improvement over the use of a single polarization. Therefore, the use of polarization diversity results in better detection, particularly, it can take advantage of up to twice the received power on average (compared to the traditional use with a single receiving antenna). As a conclusion, an average improvement of 0.9 dB in the SNR of the CAF was obtained compared to the CAF of the best case for one polarization, and of 2.5 dB, with respect to the CAF of the worst case in one polarization.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería en Telecomunicaciones) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Radar; [ Pasive radar; Radar pasivo; Polarization diversity; Diversidad de polarización; Signal processing; Procesamiento de señales] |
| Referencias: | [1] Richards, M. A. Fundamentals of Radar Signal Processing. McGraw-Hill Education, 2014. 11, 42 [2] Malanowski, M. Signal Processing for Passive Bistatic Radar. Artech House, 2019. 11, 14, 15, 26 [3] Kay, S. M. Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory. Prentice Hall, 1993. 13 [4] Levanon, N., Mozeson, E. Radar Signals. Wiley-InterScience, 2004. 21, 23 [5] Peto, T. Vega: Data repository of passive radar measurements. URL https://www.tamaspeto.com/vega, data set ID: VEGAM20191219K4C0S4. 28 [6] Research, E. Twinrx daughterboard. URL https://kb.ettus.com/TwinRX. 34 [7] Hugh D. Griffiths, C. J. B. An Introduction to Passive Radar, Second Edition. Artech House, 2022. 40 [8] Stephane Saillant, S. A., Philippe Dorey. Using vhf navigation aid to estimate radar cross section of airliners by inverting the radar equation. RADAR2018, Aug 2018, BRISBANE, Australia., (hal-02183150), 2019. 41 |
| Materias: | Ingeniería en telecomunicaciones > Radares Ingeniería en telecomunicaciones > Procesamiento de señales |
| Divisiones: | INVAP |
| Código ID: | 1153 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 29 May 2023 12:16 |
| Última Modificación: | 29 May 2023 12:16 |
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