FMCW LPI radar signal detection and parameter extraction methods based on Wigner Hough transform
Wigner Hough dönüşümü tabanlı FMCW YOD radar tespiti ve parametre çıkartımı yöntemleri
- Tez No: 414153
- Danışmanlar: PROF. DR. TÜLAY YILDIRIM, PROF. DR. PHILLIP E. PACE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Her geçen gün daha fazla Yakalanma Olasılığı Düşük (YOD) radarın kullanılmaya başlamasıyla, sinyal türleri de hızlı bir şekilde değişmektedir. Geleneksel ED sistemleri YOD radarları tespit edemezler ya da ancak radarın sınırlandırılmış menzilinden çok daha az bir menzilden tespit edebilirler. Bu durum YOD radarlara büyük bir menzil avantajı kazandırır. YOD radar tespiti için kullanılan ED sistemlerinin; zaman-frekans (ZF) işaret işleme teknikleri, korelasyon teknikleri ve YOD radarların diğer avantajlarının üstesinden gelecek algoritmalara sahip olmaları gerekir. YOD radarlar farklı fonksiyonları için farklı dalgaformları kullanırlar. Bu tez kapsamında frekans modülasyonlu sürekli dalgaformları (FMSD) üzerinde durulmuştur. Geniş band lineer FMSD, YOD fonksiyonlarını elde edebilmek için kullanılan en önemli ve yaygın dalgaformu yapılarındandır. ED sistemlerinin zaman-kritik görevlerinden dolayı FMSD ve diğer YOD radar modülasyonlarını otomatik olarak tespit edip analiz edebilmeleri önemlidir. Bu tezde FMSD işaret tespiti ve parametre çıkartımı için ZF uzayı ve parametre uzayı kullanılmıştır. ZF uzayı, işaret örneklerinin Wigner Ville Dağılımı (WVD) hesaplanarak elde edilmiştir. Parametre uzayı ise ZF uzayında, ZF eşiğini geçen noktalara Hough / Radon (H/R) dönüşümü uygulanarak elde edilmiştir. WVD ve H/R dönüşümünden oluşan bu kombinasyon (WHD) sayesinde WVD uzayında FMSD bileşenlerini tespit etme problemi, parametre uzayında yüksek genlikli noktaların bulunması problemi haline dönmüş olur. Tespit kararı, parametre uzayındaki bir noktanın tespit eşiğini geçmesi üzerine verilir. Literatürdeki WHD temelli metodlar, tüm WVD uzayını kullandıkları ve mümkün olan tüm cıvıltı oranları için Hough dönüşümünü (HD) hesapladıkları için hesaplama açısından maliyetlidirler. Belirli cıvıltı oranının üzerindeki ve altındaki FMSD işaretleri gerçek hedeflerin tespiti için kullanılamazlar. HD'yi sadece belirli limitlerdeki cıvıltı oranları için ve WVD eşiğini aşan noktalar için hesaplamak, ihtiyaç duyulacak işlemci gücünü ve karmaşıklığı azaltacaktır. Bu tez kapsamında; işaret tespiti ve parametre çıkartımı performansını belirli bir seviyenin üstünde tutmak kaydıyla, karmaşıklığı azaltacak yeni WHD metodları önerilmektedir. Önerilen WHD temelli işaret tespiti ve parametre çıkartımı metodlarının dönüşüm uzayı oluşturma hızı, parametre çıkartma ve tespit performansları karşılaştırılarak analiz edilmiştir. Ayrıca cıvıltı oranının, önerilen WHD temelli metodların tespit ve parametre çıkartma performansı üzerindeki etkileri de incelenmiştir. Cıvıltı oranı etkisi analizinden sonra, WHD temelli metodların tespit performansını arttırmak üzere sayısal cıvıltı oranı uyarlama metodu önerilmiştir. Tez kapsamında yapılan analizler, önerilen metodların sağladığı hız ve performans özellikleri nedeniyle, ED sistemlerinin otomatik işaret tespiti ve analiz kabiliyetlerini geliştirmeye aday metodlar olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
With more Low Probability of Intercept (LPI) radars coming into use, the signals of interest are changing at a rapid pace. Electronic Support Receivers (ESR) currently in use are not well optimized for LPI radar detection. The techniques used by conventional ESRs either cannot detect LPI waveforms or they can detect them only from a range much less than LPI radars' instrumented range, and this gives LPI radar platforms a range advantage. ESRs used for LPI radar detection shall use; time-frequency (TF) signal processing techniques, correlation techniques and algorithms to overcome the advantages of LPI radars. LPI radars use different waveforms for different purposes of the radar. In this thesis we focused on Frequency Modulated Continuous Waveforms (FMCW). Wide-band linear FMCW is one of the most important and common waveform structures used to achieve LPI operations. It is important for ESRs to autonomously detect and analyze FMCW and other LPI modulations due to their time-critical mission. In this thesis, TF space and parameter space are used for FMCW signal detection and parameter extraction. TF space is derived by calculating the Wigner Ville Distribution (WVD) of signal samples and parameter space is derived by applying Hough / Radon (H/R) transform to TF space points that exceed TF threshold. This combination of WVD and H/R transform (WHT) spaces makes it possible to redefine the problem of detecting FMCW components in WVD as detecting the high intensity points in parameter space. The detection decision is given whenever the amplitude of any point in parameter space exceeds the detection threshold. WHT based methods in literature are known to be computationally expensive since they use the entire WVD space and calculate HT for all the possible chirp rates. LFM signals above or below certain chirp rates are useless to detect any kind of real targets. Calculating the HT for only a limited set of chirp rates and for WVD pixels exceeding the threshold will reduce the required processing power and complexity. In this thesis, new WHT methods that reduce the complexity yet keeping detection and parameter extraction performance above a certain level are proposed. The performance of proposed WHT based detection and parameter extraction algorithms is compared in terms of transform speed, parameter extraction and detection performance. Also, the effect of chirp rate on FMCW signal detection using proposed WHT based methods is analysed. Following the chirp rate effect analysis, digital chirp rate adaptation method is proposed to increase WHT based methods' detection performance. The analyses provided throughout the thesis show that the proposed methods are candidates that can improve ESRs automatic signal detection and analysis capabilities with their speed and performance.
Benzer Tezler
- Öğrenme ve çözümleme katmanlarından oluşan saklı Markov model tabanlı frekans kiplemeli sürekli dalga yayın tespiti
Frequency modulated continuous wave emitter detection by using hidden Markov models composed of learning and decoding layers
YILMAZ BAYINDIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YAKUP SABRİ ÖZKAZANÇ
- Development of a (Doppler-Preserving) digital signal processing algorithm for a FMCW radar
FMCW radar için sayısal işaret işleme algoritması tasarımı
HASAN İŞEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK PAKER
- Bir radar hedef ortam simülatörü için rastgele pürüzlü dünya yüzeyi üzerinde elektromanyetik dalga saçılımının modellenmesi
Modeling of electromagnetic wave scattering over random rough earth surface for a radar target environment simulator
MEHMET FATİH DİNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM ÖZGÜN
PROF. DR. ŞİMŞEK DEMİR
- Design and demonstration of low cost modular FMCW radar for educational purposes
Eğitim amaçlı düşük maliyetli modüler FMCW radar tasarımı ve gösterimi
IBRAHIM OVAIS
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAtılım ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KARA
- Range resolution improvement of FMCW radars
FMCW radarlarda mesafe çözünürlük iyileştirmesi
SİNAN KURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞİMŞEK DEMİR
PROF. DR. ALTUNKAN HIZAL