Resolución Doppler

1. CLASE 4
• Resolución Doppler.
• Espectro de la forma de onda de pulso con blancos en
movimiento.
• Canceladores de pulso.
• Velocidades ciegas y escalonamiento con PRF.
• Coordenadas del radar.
• Medición de las coordenadas angulares.
• Frecuencias de radar.
• Pantallas de radar.

2. RESOLUCIÓN DOPPLER.
El ancho de Rayleigh del lóbulo principal de una línea espectral
individual, 1/𝑇𝑑 Hz, determina la resolución Doppler del tren de
pulso finito. La resolución Doppler es la mínima diferencia de
desplazamiento Doppler entre dos blancos que producen igual
respuesta de amplitud en la cual ellos pueden ser confiablemente
distinguido uno de otro.
∆𝑓 =
1
𝑇𝑑
=
2∆𝑣
𝜆
Δ𝑣 = Δ𝑅 =
𝜆
2𝑇𝑑

3. RESOLUCIÓN DOPPLER.
Figura 1: Señal
tren de pulso
modulado de
duración finita, su
transformada de
Fourier y su
ecuación.
𝑋 𝑓 =
𝐴𝑇𝑑 𝜏
𝑇
𝑘=−∞
∞
𝑠𝑖𝑛𝑐 𝜋𝜏𝑘. 𝑃𝑅𝐹 𝑠𝑖𝑛𝑐 𝜋 𝑓 − 𝑓0 − 𝑘. 𝑃𝑅𝐹 𝑇𝑑 +
𝑘=−∞
∞
𝑠𝑖𝑛𝑐 𝜋𝜏𝑘. 𝑃𝑅𝐹 𝑠𝑖𝑛𝑐 𝜋 𝑓 + 𝑓0 − 𝑘. 𝑃𝑅𝐹 𝑇𝑑

4. RESOLUCIÓN DOPPLER
Figura: Ilustración del
concepto de resolución
Doppler. Las líneas
espectrales individuales
tienen 100 Hz de ancho
de banda Rayleigh y fase
relativa de cero. (a) 500
Hz de espaciamiento. (b)
100 Hz de
espaciamiento. (c) 75 Hz
de espaciamiento. (d) 50
Hz de espaciamiento.

5. ESPECTRO DE FORMA DE ONDA PULSADA CON BLANCOS EN
MOVIMIENTO
Figura 2: Espectro de la señal recibida de un blanco en movimiento y un clutter estacionario

6. ¿Por qué es importante en
radar el espectro de una
serie de pulsos , más que un
solo pulso?

7. PULSOS COHERENTES
(a) Par de pulsos coherentes.
(b) Oscilador de referencia.
(c) Par de pulsos no coherente.

8. ELEMENTOS DE UN ESPECTRO DOPPLER
Espectro doppler hipotético para un bin de alcance, visto por un radar
estacionario.

9. ¿Qué ocurre si un radar ve un blanco que tiene una
magnitud de desplazamiento doppler más grande que
PRF/2?
Replicación del espectro doppler de un dato de muestra de
tiempo lento, que muestra aliasing de un blanco de alta
velocidad.

10. MATRIZ DE DATOS DEL RADAR DE PULSO
Figura: Matriz hipotética de
datos de pulso-doppler de dos
dimensiones. Las muestras
sombreadas son la señal de
tiempo lento para el séptimo bin
de alcance; 𝑦 6, 𝑚

11. INDICADOR DE BLANCO MÓVILES (MTI)
Figura: El filtrado MTI y el proceso de
detección
Figura: Efecto deseado del filtro MTI. (a)
Espectro del tiempo lento antes del filtro
MTI y respuesta de frecuencia hipotética
del filtro MTI
𝐻 𝑓𝑑 . b Después del filtro MTI.

12. CANCELADORES DE PULSO
Figura 3: Flujograma y funciones de transferencia de canceladores MTI básicos. (a)n
Canceladores de dos pulsos. (b) Canceladores de tres pulsos.

13. CANCELADORES DE PULSO
Figura 4: Respuesta de frecuencia de
canceladores MTI básico. (a) Canceladores
de dos pulsos. (b) Canceladores de tres
pulsos.

14. VELOCIDADES CIEGAS Y ESCALONAMIENTO DE PRF
Figura 5: Frecuencias Doppler ciegas
𝑓𝑏 = ±𝑃𝑅𝐹
𝑣 𝑐𝑖𝑒𝑔𝑎 =
𝜆
2
𝑓𝑏 = ±
𝜆
2
𝑃𝑅𝐹
Primeras Frecuencias Doppler
ciegas
Primeras velocidades ciegas

15. CANCELADORES DE PULSO
Actividad: Escribir en MATLAB ficheros .m de canceladores
1. Escriba en MATLAB un fichero .m de función llamado “single_canceler.m” que
calcule y grafique (como una función de f/fr) la respuesta en amplitud para un solo
cancelador de línea de retardo. La función tendrá la forma siguiente:
[resp] = single_canceler (fofr)
donde :
fofr : es el número de periodo deseado.
2. Escriba en MATLAB un fichero .m de función llamado “doublé_canceler.m” para
calcular y graficar ( como una función de f/fr) la respuesta de amplitud para un
cancelador doble de línea de retardo.. La función tendrá la forma siguiente:
[resp] = double_canceler (fofr)
donde :
fofr : es el número de periodo deseado.

16. DWELL-TO-DWELL STAGGER
Ilustración del uso de
dos PRF´s para evitar
velocidades ciegas en
un radar de pulso-
doppler.

17. COORDENADAS DEL RADAR
(a) Coordenadas general 𝑥 𝑅, 𝑦 𝑅, 𝑧 𝑅
con el radar en el origen y punto
arbitrario P en coordenadas radar
𝑟, 𝐴 𝑇, 𝐸 𝑇. (b) Coordenadas x, y, z
obtenido rotando un ángulo 𝐴 𝑏
alrededor del eje 𝑦 𝑅 y un ángulo
𝐸 𝑏 alrededor del eje x; el eje z
esta localizado en dirección 𝐴 𝑏, 𝐸 𝑏
en coordenadas radar. (c) Punto P
definido en coordenadas x, y, z
por ángulos 𝜓 𝑥, 𝜓 𝑦, 𝑦 𝜓 𝑧 desde los
ejes x, y, z respectivamente.

18. COORDENADAS DEL RADAR

19. COORDENADAS DEL RADAR

20. COORDENADAS DEL RADAR

21. MEDICIÓN DE LAS COORDENADAS ANGULARES
La medición de las
coordenadas angulares
tiene su fundamento en
la posibilidad de
determinar la dirección
en las que arriban los
frentes de ondas
procedentes del blanco,
empleando un sistema
de antena adecuado.
La determinación de esta
dirección de arribo
depende de la demora en
la que los diferentes puntos
del frente de onda van
llegando a la abertura de la
antena y por lo tanto de las
correspondientes
diferencias de fase que se
genera en los mismos.

22. MEDICIÓN DE LAS COORDENADAS ANGULARES
Uno mediante la medición de la diferencia de fase.
∆𝜑 =
2𝜋
𝜆
𝑙 =
2𝜋
𝑐
𝑓𝑜 𝑏𝑠𝑒𝑛𝜃
𝜃 = 𝑎𝑟𝑐 𝑠𝑒𝑛
𝑐
2𝜋𝑓𝑜 𝑏
∆𝜑

23. MEDICIÓN DE LAS COORDENADAS ANGULARES
Otro mediante el control de la diferencia de fase.
Fig: Medición de la coordenada angular por el máximo del patrón de radiación de la antena.

24. FRECUENCIAS DE RADAR
Tabla 1: Nomenclatura de letras estándar para banda de frecuencia de radar.

25. FRECUENCIAS DE RADAR
.
• Los radares HF utilizan la reflexión de las o.e.m. cerca de la ionósfera para detectar blancos
más allá del horizonte. Por ejemplo, radares OTH (sobre el horizonte).
• Las bandas VHF y UHF son usados por los radares de alarma temprana de muy largo alcance.
A causa de la longitud de onda muy grande y los requerimientos de sensibilidad para medir
alcance muy grandes, aberturas grandes son necesarios en tales sistemas de radar.
• Los radares en la banda L son principalmente sistemas que se encuentran en tierra o en
barco y son usados en operaciones de búsqueda de control de tráfico aéreo y militares de
largo alcance.
• Muchos radares de alcance medio, que se encuentran en tierra y en barco operan en la
banda S. Por ejemplo, el sistema de control y alarma aerotransportado (AWACS) es un radar
de banda S.
• Sin embargo, muchos radares de detección meteorológica son radares de banda C.

26. FRECUENCIAS DE RADAR
.
• Los radares militares de control de tiro y de búsqueda de alcance medio y los
radares de instrumentación métrica también son de banda C.
• La banda X se emplea para los sistemas de radar donde el tamaño de la antena
constituye una limitación física, así muchos radares militares aerotransportados
son de banda X.
• Asimismo, los sistemas de radar que requieren capacidades finas de detección de
blancos y que no pueden tolerar atenuaciones atmosféricas de banda de
frecuencia muy altas, también pueden ser de banda X.
• Las bandas de frecuencia más altas (Ku, K, y Ka) sufren severas atenuaciones
atmosféricas y climáticas. Por lo tanto, los radares que utilizan esas frecuencias
están limitadas para aplicaciones de corto alcance, como los radares de tráfico de
policía, los radares de corto alcance que evitan colisiones.

27. FRECUENCIAS DE RADAR
.
Radar de onda milimétrica (MMW):
• Un radar de banda Ka a menudo opera en un rango de 34 GHz a 35 GHz, y
un sistema de banda W opera en la vecindad de 94-95 GHz.
• Las bandas de absorción -picos en atenuación- se pueden utilizar para
comunicaciones encubiertas cuando uno sólo quiere que una señal sea
vista a cierta distancia.
• Las bandas de absorción proporcionan una mayor atenuación de la señal
en estas frecuencias.
• La industria automotriz se ha dado cuenta de la importancia del radar en la
mejora de la seguridad vial y crea lo siguiente:
- Sistemas automáticos de frenado.
- Adaptive cruise control
- Integrated collision warning.

28. FRECUENCIAS DE RADAR
.
Radar de onda milimétrica (MMW):
• El radar detecta el vehículo hasta 180 m. por delante y ajusta la velocidad
del vehículo anfitrión para mantener una separación segura.
Banda W:
• Se tiene un máximo de atenuación con 75 GHz y un mínimo relativo de 96
GHz.
• Las dos frecuencias tienen aplicaciones prácticas.
• Con un rango de 75 GHz a 76 GHz los radares de corto alcance se emplean
en los sistemas de asistencia de aparcamiento, de freno y de evitación
automática de accidentes de los automóviles.

29. FRECUENCIAS DE RADAR
.
Radar de onda milimétrica (MMW):
Banda W:
• Gracias a la elevada atenuación y debido a la dispersión
que se produce en las moléculas de oxigeno 𝑂2 se
eliminan las interferencias que podrían provocar entre sí
estos radares de uso masivo.

30. PANTALLAS DE RADAR
.
Figura: Una pantalla A-scope

31. PANTALLAS DE RADAR
.
Figura: Pantallas PPI. (a)
Teniendo el radar localizado en
el centro de la pantalla. (b)
Mostrando sólo un sector de
acimut para un radar offset.

32. PANTALLAS DE RADAR
. Figura: Pantalla RHI para alcance del blanco vs. altura.