關(guān)于無(wú)源(被動(dòng))雙/多基地雷達(dá),小曲老師曾經(jīng)默默的搞了很多年,還曾記得我的碩士論文就跟這個(gè)有關(guān)系。那什么是無(wú)源雷達(dá)?雷達(dá)沒(méi)有源怎么能叫雷達(dá)呢?雙基地又是個(gè)什么東?兩個(gè)加起來(lái)的雷達(dá)又是一個(gè)什么樣的雷達(dá)呢?下面這個(gè)由John W.Franklin的報(bào)告能夠給大家揭開(kāi)一點(diǎn)疑惑吧。John從概念出發(fā),介紹了雙基地雷達(dá)以及其特性與優(yōu)劣勢(shì),解釋了無(wú)源的概念。簡(jiǎn)要介紹了美著名的無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)-沉默哨兵以及其他國(guó)家處于實(shí)驗(yàn)研究階段的部分成果。在最后提出基于高清電視信號(hào)的無(wú)源雙基地雷達(dá)系統(tǒng)的研究方向。報(bào)告雖然不盡詳實(shí),但依然具有一定的參考意義。
“幾十年來(lái),雙基地雷達(dá)一直吸引著監(jiān)視和跟蹤雷達(dá)研究人員。盡管從英國(guó)早期的本土鏈雷達(dá)發(fā)展到今天的相干多模單基地雷達(dá),但在雙基地和多基地應(yīng)用方面仍有大量的研究。多接收機(jī)、方位角分集和改進(jìn)的目標(biāo)跟蹤精度的的潛力正是推動(dòng)這一技術(shù)發(fā)展的原因。”
Mark?E.David (DARPA,2007)
概述?? ? ? ? ? ? ?
雙基地雷達(dá)的特性?? ??? ? ? ? ?
幾何構(gòu)型 ? ? ? ? ? ??
距離方程 ? ? ? ? ? ? ?
多普勒 ? ? ? ? ? ? ?
橫截面 ? ? ? ? ? ? ?
無(wú)源雙基地雷達(dá)的特性 ????? ? ? ? ?
概念和工作原理 ? ? ? ? ? ? ?
為什么是無(wú)源雷達(dá)?? ? ? ? ? ? ?
應(yīng)用 ? ? ? ? ? ? ?
性能評(píng)價(jià) ? ? ? ? ? ? ?
信號(hào)處理 ? ? ? ? ? ? ?
實(shí)際系統(tǒng)實(shí)例 ??? ??? ? ? ?
調(diào)頻 ? ? ? ? ? ??
數(shù)字視頻廣播 ? ? ? ? ? ? ?
高清電視信號(hào) ? ? ? ? ? ? ?
ATSC地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn) ??? ? ? ? ? ?
研究目的
雙基地雷達(dá)概念
雙基地雷達(dá)可以定義為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位于不同位置的雷達(dá),而不是常規(guī)的單基地雷達(dá)。? ? ? ? ? ? ?
最早的雷達(dá)是雙基地的,直到脈沖波形和T/R開(kāi)關(guān)的出現(xiàn)。? ? ? ? ? ? ?
雙基地雷達(dá)可以使用自己的專用發(fā)射機(jī)或機(jī)會(huì)輻射源(發(fā)射機(jī))運(yùn)行。? ??
使用多個(gè)發(fā)射機(jī)或接收機(jī)雷達(dá)稱為多基地雷達(dá)。
雙基地雷達(dá)的特性
幾何構(gòu)型
雙基地雷達(dá)的幾何結(jié)構(gòu)很重要-它決定了雷達(dá)的特性,包括:?
雷達(dá)測(cè)距方程?????????????
多普勒速度方程?????????????
雷達(dá)截面積 ? ? ? ? ? ??
覆蓋范圍?????????????
雙基地角-β:入射波和回波路徑之間的角度?
雙基地角度與雷達(dá)模式?????????????
β<20度–(單基地)?????????????
20<β<145度–(雙基地)?????????????
145<β<180度–(前向散射)
單基地與雙基地幾何構(gòu)型
前向散射幾何構(gòu)型
雙基地雷達(dá)方程
雙基地多普勒方程
接收頻率相對(duì)于發(fā)射頻率的變化稱為多普勒頻率,用fd表示。
多普勒頻率與目標(biāo)的速度成正比。
多普勒能夠讓雷達(dá)區(qū)分運(yùn)動(dòng)與靜止目標(biāo)。
雙基地雷達(dá)散射截面積
雙基地雷達(dá)散射截面積是目標(biāo)尺寸、形狀、材料、角度和載波頻率的函數(shù)
通常,雙站雷達(dá)散射截面比單站雷達(dá)散射截面低。
在某些目標(biāo)角度下,可獲得高雙基地RCS(前向散射)
雙基地測(cè)量對(duì)于了解目標(biāo)的隱身特性至關(guān)重要。
公開(kāi)的文獻(xiàn)幾乎沒(méi)有相關(guān)數(shù)據(jù)
無(wú)源雙基地雷達(dá)特性(PBR)
概念
雙基地雷達(dá)的一個(gè)類型(所有雙基地/多基地分析適用,包括幾何、多普勒、雷達(dá)散射截面等) ?
無(wú)源雙基地雷達(dá)是一種不發(fā)射任何射頻(RF)信號(hào)來(lái)探測(cè)目標(biāo)的雙基地雷達(dá)。?????????????
它利用空間已經(jīng)存在的電磁波信號(hào)?? ? ? ? ? ??
這些電磁波信號(hào)(機(jī)會(huì)輻射源)包括廣播調(diào)頻電臺(tái)、全球定位衛(wèi)星、移動(dòng)電話和商業(yè)電視。?????????????
機(jī)會(huì)輻射源是其他的雷達(dá)輻射源時(shí),常使用諸如hitchhiker(搭車者)或寄生雷達(dá)之類的術(shù)語(yǔ)。?????????????
當(dāng)機(jī)會(huì)輻射源非雷達(dá)信號(hào)時(shí),例如廣播通信,常使用如下術(shù)語(yǔ),例如:無(wú)源(被動(dòng))雷達(dá)、被動(dòng)相干定位或無(wú)源(被動(dòng))雙基地雷達(dá)。
無(wú)源雙基地雷達(dá)工作原理
利用常見(jiàn)的輻射源,如商用調(diào)頻廣播,作為“機(jī)會(huì)的輻射源”,機(jī)會(huì)輻射源的電磁波信號(hào)被目標(biāo)散射。
無(wú)源雙基地雷達(dá)一個(gè)天線接收來(lái)自目標(biāo)散射的射頻能量,然后將該信號(hào)與來(lái)自第二個(gè)天線的參考信號(hào)進(jìn)行比較。? ? ? ? ? ??
利用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù),可以確定目標(biāo)的距離、速度和到達(dá)角等參數(shù)。? ? ? ? ? ?
從通信信號(hào)中提取典型的雷達(dá)信息。
無(wú)源雙/多基地雷達(dá)概念示意
為什么應(yīng)用無(wú)源雷達(dá)?
系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)?????????????
低成本,無(wú)專用發(fā)射機(jī)?????????????
無(wú)需頻率分配?????????????
隱蔽(只需要接收機(jī)),干擾困難?????????????
不受反輻射導(dǎo)彈的影響?????????????
快速更新?????????????
探測(cè)隱身目標(biāo)的潛在能力?????????????
系統(tǒng)劣勢(shì)?? ? ? ? ? ??
更為復(fù)雜的幾何構(gòu)型
不能直接控制發(fā)射信號(hào)?????????????
技術(shù)不成熟
應(yīng)用
低截獲概率雷達(dá)信號(hào)檢測(cè) ? ? ? ? ? ? ?
隱身目標(biāo)探測(cè) ? ? ? ? ? ? ?
低成本空中交通管制(ATC)系統(tǒng) ? ? ? ? ? ? ?
執(zhí)法(交通監(jiān)控) ? ? ? ? ? ? ?
越境/入侵檢測(cè) ? ? ? ? ? ? ?
地方計(jì)量監(jiān)測(cè)?? ? ? ? ? ? ?
行星測(cè)繪?
性能評(píng)估
我們需要知道 ? ? ? ? ? ? ?
在PBR系統(tǒng)中使用什么類型的波形?? ? ? ? ? ? ?
被利用信號(hào)的調(diào)制類型(模擬/數(shù)字) ? ? ? ? ? ? ?
使用模糊函數(shù)分析 ? ? ? ? ? ? ?
我們需要多大的功率 ? ??? ? ? ? ?
目標(biāo)探測(cè)信號(hào)的信號(hào)功率密度 ? ? ? ? ? ? ?
用雙基地距離方程分析
模糊函數(shù)
它是用來(lái)干什么的?? ? ? ? ? ? ?
作為研究不同雷達(dá)波形的一種方法 ? ? ? ? ? ? ?
確定特定傳輸波形的距離和多普勒分辨率
雷達(dá)模糊函數(shù)圖型
圖釘模糊函數(shù)是常見(jiàn)的噪聲或偽噪聲波形。通過(guò)增加帶寬或脈沖持續(xù)時(shí)間,尖峰的寬度分別沿時(shí)間軸或頻率軸變窄。
當(dāng)我們?cè)黾訋払時(shí),會(huì)獲得更好的距離分辨率。相反,如果增加脈沖寬度t,會(huì)提高多普勒分辨率。
雷達(dá)模糊函數(shù)圖型
模糊函數(shù)的主峰對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)在距離和多普勒方面的分辨率。? ? ? ? ? ? ?
附加的峰值對(duì)應(yīng)于潛在的模糊性,導(dǎo)致在選擇目標(biāo)的正確范圍及其速度時(shí)產(chǎn)生混淆。
模擬調(diào)頻波形
美國(guó)和歐洲(英國(guó)/德國(guó))對(duì)FM信號(hào)研究深入。? ? ? ? ? ? ?
調(diào)頻無(wú)線電傳輸88–108兆赫甚高頻波段 ? ? ? ? ? ? ?
調(diào)制帶寬通常為50kHz ? ? ? ? ??
最大功率發(fā)射器為250千瓦EIRP ? ? ? ? ? ? ?
距離分辨率c/2b=3000m(單基地) ? ? ? ? ? ? ?
功率密度=-57 dbw/m2(目標(biāo)距離@100 km) ? ? ? ? ? ? ?
現(xiàn)有商用調(diào)頻發(fā)射機(jī)提供中低空覆蓋 ? ? ? ? ? ? ?
調(diào)頻傳輸?shù)哪:阅苋Q于瞬時(shí)調(diào)制
FM信號(hào)距離分辨率變化曲線
模擬調(diào)頻波形的模糊函數(shù)
數(shù)字音頻波形
在歐洲(英國(guó)/德國(guó))許多公開(kāi)文獻(xiàn)中的數(shù)字波形分析都是使用數(shù)字音頻廣播(DAB-T)和數(shù)字視頻廣播(DVB-T) ? ? ? ? ? ?
使用編碼正交頻分復(fù)用(CODFM)?????????????
CODFM是歐洲數(shù)字音頻和數(shù)字視頻的歐洲標(biāo)準(zhǔn)?????????????
在COFDM中,信息由大量等距子載波承載。
子載波(正弦)同時(shí)傳輸。
這些等距子載波構(gòu)成一個(gè)“白色”頻譜,其頻率階躍與符號(hào)持續(xù)時(shí)間成反比。
Codfm更像是噪音,不像調(diào)頻收音機(jī)那樣依賴節(jié)目?jī)?nèi)容?????????????
調(diào)制帶寬通常為220 kHz ????????????
最大功率發(fā)射器為10千瓦EIRP ????????????
距離分辨率c/2b=680m(單基地)?????????????
功率密度=-71 dbw/m2(目標(biāo)距離@100 km)
數(shù)字音頻信號(hào)模糊圖
功率密度
PRB信號(hào)處理
有兩個(gè)主要信號(hào)處理方向:?? ? ?
抑制無(wú)用信號(hào)?? ???
直接信號(hào) ? ??
多路徑信號(hào)?
干擾信號(hào)??
目標(biāo)定位和跟蹤測(cè)量?
雙基地作用距離 ? ? ? ? ? ??
多普勒估計(jì) ? 到
達(dá)角(AOA估計(jì))
抑制無(wú)用信號(hào)
直達(dá)波信號(hào)問(wèn)題 ??? ? ? ? ??
最大系統(tǒng)性能限制 ? ? ? ? ? ? ?
接收到的直接信號(hào)可能比接收到的回波大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。? ? ? ? ? ? ?
如果沒(méi)有充分抑制/取消,它將掩埋接收到的回聲。? ? ? ? ? ? ?
可能的解決方案 ??? ? ? ? ? ?
地形、建筑物對(duì)參考接收機(jī)和目標(biāo)回波接收機(jī)的物理屏蔽 ? ? ? ? ? ? ?
利用天線陣波束形成消除目標(biāo)回波接收機(jī)的直達(dá)波信號(hào)
目標(biāo)定位與跟蹤
(方法1) ? ? ? ? ? ? ?
直接信號(hào)與目標(biāo)回波延遲差的雙站距離 ? ? ? ? ? ? ?
使用多延遲定位,雙站測(cè)距發(fā)射機(jī)-接收機(jī)對(duì)將在橢圓上定位目標(biāo)。? (方法2) ? ? ? ? ? ? ?
獲取目標(biāo)狀態(tài)矢量的測(cè)量值,以給出矢量分量的最佳估計(jì)(例如卡爾曼濾波器
實(shí)際系統(tǒng)實(shí)例
雙基地距離、多普勒和AOA的測(cè)量 ? ??? ? ? ? ?
FM無(wú)線廣播信號(hào)
洛克希德·馬丁的“沉默哨兵”系統(tǒng) ? ? ? ? ? ? ?
使用模擬調(diào)頻無(wú)線電輻射源(最新版本也可以利用電視信號(hào)) ? ? ? ? ?
演示了在廣域內(nèi)對(duì)多個(gè)飛機(jī)目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤 ? ? ? ? ? ? ?
航天飛機(jī)發(fā)射的實(shí)時(shí)跟蹤
沉默哨兵3
數(shù)字音頻廣播信號(hào)
基于數(shù)字音頻廣播(DAB)的實(shí)驗(yàn)無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)?????????????
澳大利亞阿德萊德大學(xué)?????????????
英國(guó)巴斯大學(xué)?????????????
英國(guó)典型的數(shù)字音頻廣播(DAB)?????????????
系統(tǒng)運(yùn)行頻率略高于200MHz?????????????
帶寬略高于1.5兆赫?????????????
信號(hào)接近理想的圖釘性質(zhì)?????????????
期望具有良好的距離分辨率?????????????
發(fā)射機(jī)輸出功率約為10kW ERP?????????????
布置成傳輸幾乎相同信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)(單頻網(wǎng)絡(luò))
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
雷達(dá)試驗(yàn)臺(tái)由四通道數(shù)字接收機(jī)、計(jì)算機(jī)、三根八木天線和一組固定的八木天線組成。
測(cè)試臺(tái)位于英國(guó)巴斯大學(xué),天線指向布里斯托爾機(jī)場(chǎng),以便觀察飛機(jī)的進(jìn)出。
高清電視信號(hào)
為什么使用高清電視信號(hào) ?
應(yīng)用高清電視信號(hào)(HDTV)作為機(jī)會(huì)輻射源的無(wú)源雷達(dá)論文未見(jiàn)公開(kāi)發(fā)表
2005年在舊烏鴉協(xié)會(huì)(AOC)會(huì)議上作了一次介紹(未出版)
一些論文中引用了一些演示結(jié)果
結(jié)果表明,高清晰度電視是無(wú)源雷輻射源用的最佳選擇?
2009年夏天,美國(guó)的高清晰度電視廣播信號(hào)在全國(guó)范圍內(nèi)傳播
研究基于高清電視信號(hào)的無(wú)源雷達(dá)成為研究熱點(diǎn)
ATSC地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)
美國(guó)數(shù)字電視被稱為ATSC、DTV或HDTV系統(tǒng)。? ? ? ? ? ? ?
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以下各項(xiàng)所需的子系統(tǒng):? ? ??? ? ? ?
信號(hào)產(chǎn)生 ? ? ? ? ? ? ?
編碼 ? ? ? ? ? ? ?
傳輸 ? ? ? ? ? ? ?
發(fā)射 ? ? ? ? ? ? ?
接收 ? ? ? ? ? ? ?
視頻、音頻和數(shù)據(jù)傳輸 ??? ? ? ? ? ?
空中廣播(8-VSB) ? ? ? ? ? ? ?
電纜系統(tǒng)(64-QAM)
主要標(biāo)準(zhǔn)
使用6MHz帶寬通道(與NTSC相同) ? ? ? ? ? ? ?
MPEG-2傳輸流,數(shù)據(jù)速率為19.29 MB/s ? ? ? ? ? ? ?
調(diào)制八級(jí)殘留邊帶信號(hào)(8個(gè)VSB用于廣播) ? ? ? ? ? ? ?
信道編碼器中執(zhí)行的六個(gè)主要功能 ??? ? ? ? ? ?
數(shù)據(jù)隨機(jī)化-確保頻譜均勻 ? ? ? ? ? ? ?
里德-所羅門(mén)編碼-前向糾錯(cuò) ? ? ? ? ? ? ?
數(shù)據(jù)交錯(cuò)-附加錯(cuò)誤更正 ? ? ? ? ? ? ?
網(wǎng)格編碼–更多的錯(cuò)誤修正以提高信噪比 ? ? ? ? ? ? ?
同步插入 ? ? ? ? ? ? ?
引導(dǎo)信號(hào)插入
HTDV接收機(jī)信號(hào)
真實(shí)捕獲的數(shù)據(jù) ??? ? ? ? ??
康奈爾巴德項(xiàng)目
研究目標(biāo)
編輯:黃飛
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評(píng)論
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