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Filtro Doppler

Σ
Σ-Channel
ΔAz
ΔAz-Channel
ΔEl
ΔEl-Channel
Filtro Doppler
de desordem
Zero-
Doppler-Filter
Doppler-Filter
Bank
Multiplexer

Figura 1: Exemplo dado diagrama de blocos dos sistemas MTI no radar monopulso com receptor digital

Σ
Σ-Channel
ΔAz
ΔAz-Channel
ΔEl
ΔEl-Channel
Filtro Doppler
de desordem
Zero-
Doppler-Filter
Doppler-Filter
Bank
Multiplexer

Figura 1: Exemplo dado diagrama de blocos dos sistemas MTI no radar monopulso com receptor digital

Σ
Σ-Channel
ΔAz
ΔAz-Channel
ΔEl
ΔEl-Channel
Multiplexer

Figura 1: Exemplo dado diagrama de blocos dos sistemas MTI no radar monopulso com receptor digital (imagem interativa)

Tabela de conteúdos « Filtro Doppler »
  1. Filtro Doppler como passa-baixo
  2. Banco de filtros Doppler
  3. Multiplexação
  4. Modulação do Motor a Jato

O que é um filtro Doppler?

Filtro Doppler

A magnitude da frequência Doppler de um sinal de eco é detectada por diferentes filtros Doppler. Esses filtros Doppler podem ser implementados como hardware por filtros de ressonância ou após a digitalização dos sinais recebidos como uma rotina de software.

Para um radar totalmente coerente com receptor digital e processamento de monopulsão, o sistema MTI é um pouco mais complexo do que com dispositivos de radar pseudo-coerentes. Não é mais apenas uma indicação de alvo móvel (MTI), mas um detector de alvo móvel (MTD), um reconhecimento de alvos móveis. A diferença é que o MTD também pode reconhecer alvos como móveis que não estão em movimento no momento.

A eficácia das várias variantes de filtro geralmente depende da magnitude da frequência do Doppler. Portanto, todas as variantes de filtro são usadas em paralelo e o melhor resultado de filtro é selecionado. O sistema geral é, portanto, semelhante em estrutura a um filtro adaptado. O objetivo é produzir a maior diferença possível entre o sinal útil e os sinais interferentes e o nível de ruído (relação sinal-interferência-mais-ruído, SINR). Toda a fiação MTD é realizada para pelo menos canais idênticos em árvore (canal Σ, canal ΔAz e canal ΔEl).

O desencadeamento pseudo-coerente familiar do COHO não está necessariamente aqui. O estágio chamado „COHO” em um radar totalmente coerente agora é apenas um conversor de frequência constante de fase.

fD < fcut ⇒ vr20 kn , 40 kn
filtro
doppler
zero
filtro
doppler de
desordem
Amplitude
fD
1 kHz
2 kHz

Figura 2: Filtro Doppler como passa baixo, frequências indicadas para um radar de banda L

fD < fcut ⇒ vr20 kn , 40 kn
filtro
doppler
zero
filtro
doppler de
desordem
Amplitude
fD
1 kHz
2 kHz

Figura 2: Filtro Doppler como passa baixo, frequências indicadas para um radar de banda L

Filtro Doppler como passa-baixo ou passa-alto

O filtro Zero-Doppler e o filtro Clutter-Doppler funcionam de maneira semelhante ao método Puls-Pair, uma supressão de alvo fixo. Ambos os filtros são do tipo Clutter-Doppler. As mudanças de fase reais dos sinais de eco são comparadas entre si a partir de pelo menos dois períodos de pulso. Todos os alvos com uma frequência Doppler considerável obtiveram uma mudança de fase diferente e podem passar nesse filtro. A frequência de corte do filtro Clutter-Doppler é justificável principalmente, exemplo para uma velocidade radial de 40 nós. Seu diagrama inclui desordem no solo, desordem climática ou de chuva e palha. A desordem no solo é detectada principalmente no filtro Doppler Zero. O filtro Doppler Zero é mais exato (por exemplo, por comparação de três períodos de pulso em vez de dois). Sua frequência de corte é de cerca de 20 nós. A saída desses filtros possui limiares separados que otimizam a detecção para a parte relevante da banda de frequência em questão. Ambos os filtros podem ser executados como um filtro passa-baixo digital ou passa-alto. (A desordem será detectada nos filtros passa-baixo, mas suprimida pelos filtros passa-alto.)

Banco de filtros Doppler
Banco de filtros Doppler
desvio Doppler
negativo
desvio Doppler
positivo
freqüência
Sinal alvo
filtro Doppler
fZF
fD
amplitude

Figura 3: Características de resposta em frequência dos filtros Doppler em um banco de filtros Doppler

Banco de filtros Doppler
desvio Doppler
negativo
desvio Doppler
positivo
freqüência
Sinal alvo
filtro Doppler
fZF
fD
amplitude

Figura 3: Características de resposta em frequência dos filtros Doppler em um banco de filtros Doppler

Detectores de alvos móveis práticos com um radar totalmente coerente equipado com processamento de monopulsão envolvem um banco de filtros Doppler. As saídas I e Q do conversor analógico/digital (ADC) sensível à fase são alimentadas a um banco de filtros que pode ser implementado em uma transformação rápida de Fourier ou em um banco de filtros transversais. A saída dos filtros é seguida pela ponderação no domínio da frequência para reduzir os níveis dos lóbulos laterais do filtro, e a magnitude da saída em cada banda espectral é calculada. Também será apreciado que os filtros Doppler estão executando inerentemente o processo de integração coerente. Todos os filtros Doppler mostrados na Figura 1 são semelhantes e funcionam como um filtro passa-banda.

A divisão do domínio da frequência Doppler em um número de N bandas separadas oferece uma abordagem muito flexível para discriminar a desordem fixa e móvel. Se a desordem em movimento (como a do tempo ou das aves) aparecer com um desvio Doppler médio diferente de zero, os limiares nas saídas dos vários filtros Doppler poderão ser aumentados de acordo.

Multiplexação

Devido à curvatura da superfície da Terra, a desordem no solo ou no mar pode ocorrer apenas em áreas próximas. Portanto, uma supressão dessas interferências é necessária apenas no modo de curto alcance. Se o radar emitir três períodos de pulso MTD em uma direção, esses três períodos também serão processados um após o outro no sistema MTD. Devido aos diferentes princípios de operação dos filtros, seus sinais de saída são obtidos em momentos diferentes. Um multiplexador é, portanto, adequado para a interface com o computador.

longo alcance
longo alcance
curto alcance

Figura 4: Linha do tempo do radar com períodos de pulso de curto alcance em árvore para processamento de MTD.

longo alcance
longo alcance
curto
alcance
curto
alcance
curto
alcance

Figura 4: Linha do tempo do radar com períodos de pulso de curto alcance em árvore para processamento de MTD.

longo alcance
longo alcance
curto
alcance
curto
alcance
curto
alcance

Figura 4: Linha do tempo do radar com períodos de pulso de curto alcance em árvore para processamento de MTD.

Os filtros Doppler produzem imediatamente um sinal de saída durante o período de pulso atual. Esses filtros também são eficazes a longo prazo, com apenas um período de pulso por direção da antena. Eles são usados para medir a frequência Doppler e, portanto, diretamente para medir a velocidade radial do alvo. A frequência Doppler pode então ser convertida na chamada taxa de faixa, como uma medida da mudança na posição alvo. Essa taxa de faixa é importante para o extrator de plotagem, para sua „Janela de Expectativa“ da próxima detecção de plotagem.

O filtro Doppler de desordem pode ser configurado para que seu sinal de saída esteja disponível no segundo período de pulso.

O filtro Doppler Zero (também um tipo de filtro doppler de desordem) compara as mudanças de fase do sinal de eco de três ou mais períodos de pulso e só pode produzir resultados durante o último período de pulso (mas muito mais preciso).

O multiplexador pode, portanto, ser controlado puramente pelo número do período de pulso. Em cada um dos três períodos de pulso, uma saída de filtro diferente é levada ao processador de sinal do radar. O processador de sinal de radar compara e avalia todos os três resultados e seleciona o melhor para processamento posterior. As informações sobre qual dos filtros deu o melhor resultado também são armazenadas.

Figura 5: Os espectros Doppler de uma aeronave e uma turbina eólica com sua modulação por motor a jato.

Modulação do Motor a Jato (JEM)

Uma frequência Doppler é causada não apenas pela reflexão nas principais superfícies de uma aeronave. Como os radares se tornam cada vez mais sensíveis devido à tendência de aeronaves „furtivas“, mesmo as superfícies mais pequenas, como as pás do compressor das turbinas, podem produzir um sinal de eco suficientemente grande. Cada um deles possui uma velocidade radial completamente diferente da aeronave e produz um sinal de eco como uma frequência Doppler separada. A posição desses pulsos JEM também depende do ângulo de aspecto e pode ser armazenada como um modelo matemático em um banco de dados. Como uma impressão digital, eles podem ser usados para identificar o tipo de aeronave. Para esse fim, no entanto, todas as frequências Doppler devem ser medidas e correlacionadas com a imagem no banco de dados.

No entanto, como a frequência Doppler depende da frequência portadora do transmissor e o radar pode usar várias frequências de transmissão diferentes, as frequências Doppler devem ser normalizadas. Isso significa que a influência da frequência portadora deve ser recalculada. Isso é feito com mais facilidade dividindo a frequência Doppler medida pela frequência de transmissão atual e multiplicando-a por uma frequência padrão.

Figura 5: Os espectros Doppler de uma aeronave e uma turbina eólica com sua modulação por motor a jato.

Descrição dos módulos no diagrama de blocos