Sono presentati, analizzati e confrontati i diversi tipi di sistemi e di segnali utilizzati in ambito radar. Sono descritte ed analizzate le diverse funzioni radar ed i principali metodi di elaborazione di dati e segnali nonché dei relativi disturbi, in relazione ai diversi ambiti applicativi.
M. A. Richards: "Fundamentals of radar signal processing", Second edition, Mc Graw Hill, 2014
B.R. Mahafza: "Radar Systems analysis and design using MATLAB" 3rd edition, CRC press. 2013
G. Galati F. Mazzenga M. Naldi "Elementi di sistemi radar" Aracne Editrice,1996
N. Levanon, E. Mozeson: “Radar signals” Wiley, 2004
J.V. Di Franco, W.L. Rubin “Radar detection”, Prentice Hall/Scitech
M. I. Skolnik: “Introduction to radar systems“ Mc Graw Hill
R.E. Doviak, D Zrnic “ Doppler radar and Weather observations” Academic Press, 1993
C. Elachi “Spaceborne radar remote sensing: applications and techniques” IEEE press, 1988
R. Meneghini, T. Kozu “Spaceborne Weather Radar, Artech House, 1990
Obiettivi Formativi
1) Conoscenza dei principi di base della rivelazione statistica dei bersagli radar
2) Conoscenza dei principali tipi di sistemi radar, dei segnali da essi impiegati e delle loro applicazioni
3) Conoscenza dei diversi tipi di disturbi che affliggono i segnali radar
4) Conoscenza delle principali tecniche di elaborazione dati e segnali
5) Capacità di analisi comparativa ragionata di benefici e svantaggi delle diverse soluzioni di sistema e di segnalazione radar
Prerequisiti
Variabili aleatorie e processi stocastici, teoria dei segnali, elaborazione numerica dei segnali,antenne
Metodi Didattici
lezioni ed esercitazioni in aula
Modalità di verifica apprendimento
L'esame consta di una prova orale nella quale si verifica:
- mediante domande teoriche la conoscenza dei segnali e dei sistemi radar, della elaborazione dei dati e dei segnali, dei principi di base della rivelazione statistica dei bersagli radar, i metodi di soppressione od attenuazione dei disturbi
- mediante eventuali esercizi, il livello di capacità acquisita relativamente alla analisi comparativa ragionata di benefici e svantaggi delle diverse soluzioni di sistema e di segnalazione radar
Programma del corso
Elementi di base sui segnali e sistemi radar:
Funzioni di un sistema radar
Tipi di sistemi radar e loro applicazioni
Tipi di segnali usati in ambito radar
Radar ad onda continua (CW)
Radar ad onda continua e modulazione di frequenza (CW-FM)
Radar ad impulsi
Risoluzione ed ambiguità in range e frequenza Doppler
L’equazione radar
La sezione equivalente radar
Copertura radar
Clutter volumetrico e superficiale e portata radar in clutter.
Disturbi intenzionali (jamming) e portata radar in jamming.
Il filtro adattato e il disadattamento Doppler.
Banchi di filtri Doppler.
La elaborazione numerica dei segnali radar.
La rivelazione dei bersagli:
La funzione primaria del radar: concetti introduttivi e terminologia
Teoria matematica della rivelazione statistica e criterio di Bayes
Esempio di applicazione del criterio di Bayes
Criterio di decisione a probabilità di errore minima e criterio di Neyman-Pearson
Tempo di decorrelazione di eco
Rivelazione di bersaglio completamente noto
Ricevitore ottimo per bersaglio completamente noto
Rivelazione di bersaglio non fluttuante
Ricevitore ottimo per bersaglio non fluttuante
Rivelazione di bersaglio fluttuante
Rivelazione su treno di impulsi: concetti introduttivi
Rivelazione di bersaglio non fluttuante con treno coerente a fase iniziale nota
Rivelazione di bersaglio non fluttuante con treno coerente a fase iniziale aleatoria
Ricevitori ottimi per treni coerenti
Rivelazione di bersaglio non fluttuante con treno incoerente
Ricevitori ottimi per treni incoerenti non fluttuanti
Perdita di integrazione per treno incoerente non fluttuante
Rivelazione di bersaglio fluttuante con treno incoerente. I modelli di Swerling
Rumore esterno e interno; temperatura di sistema
Osservazioni e fattori correttivi relativi all'equazione radar
Rivelazione coerente di bersaglio noto basata sull’osservazione di N impulsi e disturbo gaussiano non bianco
Rivelazione di bersaglio noto basata sul criterio di massimizzazione del rapporto segnale rumore
Tecniche CFAR
Sistemi per la riduzione del clutter:
Sistemi MTI coerenti, vettoriali ed incoerenti
Staggered PRF
Cifre di merito MTI
Sistemi MTD
Segnali radar e loro analisi:
Sistemi radar a compressione d'impulso: generalità
Compressione di impulso: impulsi di tipo "chirp" e realizzazione pratica di un filtro adattato ad impulso chirp
Compressione di impulso: impulsi a codifica numerica di fase
Stimatori ottimi di ritardo e doppler in caso di rumore AWGN e precisione nella stima
Funzione di ambiguità e sue proprietà
Funzione di ambiguità per impulso rettangolare non modulato
Funzione di ambiguità per impulso chirp
Funzione di ambiguità per treno coerente di impulsi equidistanti
Sistemi radar di inseguimento:
Radar di inseguimento e TWS
Tecnica sequential lobing
Tecnica e ricevitore monopulse; errori sulla stima monopulse
Sistemi radar meteorologici:
Introduzione alla meteorologia radar
Modello per le precipitazioni in fase liquida (diametro equivalente)
Drop Size Distribution: definizione e modelli
Tasso di precipitazione
Interazioni fra le onde e.m. e precipitazione
Fattore di riflettività e potenza media retrodiffusa da un volume di precipitazione
Metodi per la stima radar della precipitazione: metodi monoparametrici e multiparametrici
Metodo della riflettività
Metodo della doppia polarizzazione (o della riflettività differenziale)
Uso dell’informazione Doppler nei radar meteorologici
Radar meteorologici satellitari e stima dei profili verticali di precipitazione
Sistemi radar ad apertura sintetica:
Radar ad apertura sintetica (S.A.R.): introduzione e terminologia
Risoluzione in ground range, risoluzione azimutale
Approccio di array sintetico
Risoluzione azimutale del S.A.R. unfocused
Risoluzione azimutale del S.A.R. focused
Approccio diretto al problema SAR: curve isorange e isodoppler, storia Doppler dei bersagli, migrazione in range e profondità di fuoco
Ambiguità in Doppler e in range e limitazioni sulla PRF
Elaborazione dei segnali SAR
Cenni sui sistemi InSAR (SAR interferometrici)