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
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
Fluttuazione d’eco, tempo di decorrelazione di eco e spettro Doppler
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
Rumore esterno e interno; temperatura di sistema
Osservazioni e fattori correttivi relativi all'equazione radar
Copertura radar
Clutter volumetrico e superficiale.
Disturbi intenzionali (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
Probabilità di falso allarme e probabilità di rivelazione.
Introduzione al problema della rivelazione dei bersagli mediante il criterio di Bayes.
Criterio di Neyman-Pearson
Rivelazione basata su singolo impulso e su treno di impulsi.
Rivelazione mediante singolo impulso di bersaglio completamente noto in rumore AWGN (rivelazione coerente).
Rivelazione incoerente di bersaglio completamente noto basata su singolo impulso: distribuzioni di Rayleigh e Rice. Espressione di PD e PFA nel caso di rivelazione basata su singolo impulso di generico bersaglio fluttuante.
Calcolo diretto di PD e PFA nel caso di bersaglio fluttuante secondo Rayleigh.
Rivelazione basata su treno di impulsi: i modelli di Swerling.
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
Cenni sulle tecniche CFAR
Sistemi per la riduzione del clutter:
Sistemi MTI coerenti, vettoriali ed incoerenti
Staggered PRF
Cifre di merito MTI
Segnali radar e loro analisi:
Sistemi radar a compressione d'impulso: generalità
Compressione di impulso: impulsi di tipo chirp e a codifica numerica di fase.
Stimatori ottimi di ritardo e Doppler in caso di rumore di tipo 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 meteorologici:
Introduzione alla meteorologia radar
La precipitazione come bersaglio distribuito
Modello per le precipitazioni in fase liquida (diametro equivalente).
Drop Size Distribution: definizione e modelli.
Intensità di precipitazione.
L’equazione radar meteorologica: fattore di riflettività e potenza media retrodiffusa da un volume di precipitazione.
Metodi per la stima radar della precipitazione: metodi monoparametrici e multiparametrici
Uso dell’informazione Doppler nei radar meteorologici.
Sistemi radar ad apertura sintetica:
Radar ad apertura sintetica (S.A.R.): principio di funzionamento
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.
Cenni sui sistemi SAR interferometrici (InSAR).