Asociace dat v multipozičních radarových systémech pro řízení letového provozu

Habilitační práce prezentuje výběr výzkumných aktivit, kterými jsem se při svém dosavadním působení na Univerzitě Pardubice, Fakultě elektrotechniky a informatiky zabýval. Práce je zaměřena na problematiku signálového zpracování v multi-pozičních radarových systémech, a to zejména na problematiku asociace výsledků měření jednotlivých bistatických radarů v multi-bistatických radarových systémech pro řízení letového provozu. Zvolené téma plynule navazuje na předchozí výzkumné aktivity, které se zabývaly výpočtem vzájemných funkcí neurčitosti v jednotlivých bistatických radarech, které poskytují vstupní data pro následnou asociaci dat. V habilitační práci se v úvodu věnuji popisu problematiky multi-pozičních radarových systémů se zaměřením na podtřídu systémů multi-bistatických radarových systémů a principu jejich signálového zpracování, a to jak pro individuální bistatický radar, tak i pro multi-bistatický radarový systém. V této části habilitační práce jsou analyzovány problémy komplikující vyhodnocení cílů, které snižují dosažitelnou informační hodnotu a nástin jejich možných řešení, a to jak z pohledu bistatického radaru, tak i z pohledu jeho zapojení do multi-bistatického radarového systému. Stěžejní část práce se věnuje problematice asociace naměřených dat na jednotlivých bistatických radarech, které je nutno správně interpretovat (fúzovat), tak aby nedocházelo k chybám asociace, které povedou k nesprávnému určení polohy jednotlivých cílů. Součástí práce je vývoj nové asociační metody (PHD-MAT), která slouží k asociaci a následnému vedení cílů. Tato metoda je založena na modifikovaném výpočtu hypotetické hustoty pravděpodobnosti. Navrhovaná nová asociační metoda s využitím rozšířeného Kálmánova filtru (EKF) umožňuje efektivní rychlost výpočtu a dosahuje vyšší jednoznačnosti reprezentace výsledků než běžně používaná metoda PHDF. Součástí aktivit je i analýza a porovnání výsledků dvou asociačních metod PHDF (běžně používaná) a PHD-MAT (nově navržená) pro různé scénáře a pro odlišné vstupní parametry.The habilitation thesis presents a selection of research activities I have been involved in during my time at the University of Pardubice, Faculty of Electrical Engineering and Informatics. The thesis focuses on the problem of signal processing in multi-bistatic radar systems for air traffic control, particularly on the association of measurements from individual bistatic radars. The chosen topic is seamlessly related to previous research activities that dealt with the computation of mutual uncertainty functions from individual bistatic radar measurements. Measurements represent input data for subsequent data association. In the habilitation thesis, I describe the problem of multi-position radar systems, focusing on the subclass of multi-bistatic radar systems and their signal processing principles. This is both for an individual bistatic radar and for a multi-bistatic radar system. This part of the habilitation thesis analyses the problems complicating the evaluation of targets that reduce the achievable information value and outlines their possible solutions. This is done from the perspective of bistatic radar and its integration into a multi-bistatic radar system. The main part of the thesis is devoted to the problem of association of measured data on individual bistatic radars, which must be correctly interpreted (fused) to avoid association errors that will lead to incorrect determination of the position of individual targets. This work includes the development of a new association method (PHD-MAT) for target association and subsequent target tracking. This method is based on a modified hypothetical probability density calculation. The proposed new association method, using the Extended Kalman Filter (EKF), allows for an efficient computational speed and achieves a higher uniqueness in the representation of the results compared to the commonly used PHDF method. The activities include analysing and comparing the results of two association methods, PHDF (commonly used) and PHD-MAT (newly proposed), for different scenarios and input parameters.The habilitation thesis presents a selection of research activities I have been involved in during my time at the University of Pardubice, Faculty of Electrical Engineering and Informatics. The thesis focuses on the problem of signal processing in multi-bistatic radar systems for air traffic control, particularly on the association of measurements from individual bistatic radars. The chosen topic is seamlessly related to previous research activities that dealt with the computation of mutual uncertainty functions from individual bistatic radar measurements. Measurements represent input data for subsequent data association. In the habilitation thesis, I describe the problem of multi-position radar systems, focusing on the subclass of multi-bistatic radar systems and their signal processing principles. This is both for an individual bistatic radar and for a multi-bistatic radar system. This part of the habilitation thesis analyses the problems complicating the evaluation of targets that reduce the achievable information value and outlines their possible solutions. This is done from the perspective of bistatic radar and its integration into a multi-bistatic radar system. The main part of the thesis is devoted to the problem of association of measured data on individual bistatic radars, which must be correctly interpreted (fused) to avoid association errors that will lead to incorrect determination of the position of individual targets. This work includes the development of a new association method (PHD-MAT) for target association and subsequent target tracking. This method is based on a modified hypothetical probability density calculation. The proposed new association method, using the Extended Kalman Filter (EKF), allows for an efficient computational speed and achieves a higher uniqueness in the representation of the results compared to the commonly used PHDF method. The activities include analysing and comparing the results of two association methods, PHDF (commonly used) and PHD-MAT (newly proposed), for different scenarios and input parametersDopravní fakulta Jana Perner

PARALLEL COMPUTING OF CROSS AMBIGUITY FUNCTION WITH BRUTE FORCE METHODS

In this paper we describe brute force methods of cross ambiguity function (CAF) which is key function for successful location tracking for passive radar systems. The CAF depends upon the direct and the reflected signals from targets. The CAF represents the power spectral density function of the cross correlation between direct and reflected signals from the target. The computation of CAF in real-time is a challenging task for parallel programming techniques

The determination of frequency number in received signal

Diplomová práce se zabývá určením kmitočtu impulsů v přijímaném signálu pomocí klasických, neparametrických a parametrických metod. Je uveden teoretický rozbor jednotlivých postupů analýz, které jsou pak dále v programovém systému Matlab simulovány. Simulace jsou provedeny pro signál s různými parametry obsahující šum. Výsledky analýz jednotlivých metod jsou porovnány a vyhodnoceny dle možnosti využití.Katedra elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravěDokončená práce s úspěšnou obhajobo

Methods for computing cross ambiguity function

Disertační práce se zabývá analýzou algoritmů vzájemné funkce neurčitosti CAF, která hraje stěžejní roli pro určení odhadu bistatické vzdálenosti a radiální rychlosti v systémech pasivní koherentní lokace PCL. Náplní práce je popis, analýza a následná optimalizace výpočtu vybraných algoritmů CAF pro jednotlivé hardwarové konfigurace se zaměřením na rychlost výpočtu, což je stěžejní parametr pro vývoj radarových systémů na principu PCL. Každý algoritmus je podroben numerické simulaci a reálnému testování v jednotlivých hardwarových konfiguracích. Z provedených analýz výsledků vyplývají doporučení na volbu algoritmu CAF pro konkrétní HW konfiguraci.This doctoral dissertation deals with the analysis of algorithms for cross ambiguity function CAF, which plays a vital role in the estimation of bistatic range and radial velocity in passive coherent location PCL. This thesis aims at the analysis, description, and optimization of selected algorithms for individual hardware configuration with a focus on computation speed which is the primary parameter for the design and development of radar system based on this principle. Each algorithm is evaluated by means of numerical simulation and real time testing for various Hardware configurations followed by the recommendation for selection of specific algorithm of CAF for the particular hardware configuration.Katedra elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravěPrezentace dizertační práce. Odpovědi na připomínky oponentů. Dotazy členů komise. Tajné hlasování. Vyhlášení výsledku hlasování

Analýza signálu DVB-T2 pro využití pasivním koherentním lokalizačním systémem

The paper describes basic analysis and research of actual topics dedicated to exploitation of DVB-T2 transmitters by a Passive Coherent Location system (PCL system). The PCL system is based on bistatic radars. The target detection in bistatic radar is solved by computation of the Cross Ambiguity function. The paper focuses on description of structure and various parameters of the DVB-T2 signal and its influence on the shape of Cross Ambiguity Function.Článek popisuje základní analýzu a výzkum aktuálních témat věnovaných využívání vysílačů DVB-T2 systémem pasivní koherentní lokalizace (systém PCL). Systém PCL je založen na bistatických radarech. Detekce cíle v bistatickém radaru je řešena výpočtem vzájemné funkce neurčitosti. Práce se zaměřuje na popis struktury a různých parametrů signálu DVB-T2 a jeho vlivu na tvar vzájemné funkce neurčitosti

Problematika detekce cílů s malou odraznou plochou v primárních radarových systémech

This paper describes the challenges of detecting small-RCS targets using current generation primary radar systems. The Unmanned Aerial Vehicle and drones are representative of small-RCS targets which pose serious safety issues these days. The current generation primary radar systems do not have sufficient detection, resolution and classification capabilities to detect such targets. We present an innovative signal processing chain that would help primary radar systems to detect such low-RCS targets.Článek popisuje problematiku detekce cílů s malou odraznou plochou (drony UAV, hejna ptáků) v současných primárních radarových systémech. Detekce těchto cílů je nezbytná z hlediska zvyšujícího se bezpečnostního rizika v současné době. Současná generace primárních radarových systémů nemají dostatečnou rozlišovací, detekční či klasifikační schopnost pro detekci těchto cílů. Článek se věnuje koncepci vývoje nového signálového zpracování v primárních radarových systémech, které využijí více informací a umožní následnou detekci cílů s malou odraznou plochou

Proces Správy Metadat pro Vývoj Algoritmů Klasifikace Radarového Cíle

This paper presents an approach to manage metadata (target class labels) for the recorded primary Doppler radar data. This information is necessary for further research and development of target classification algorithms. For this purpose, a labelling methodology and an application radar data analysis and target labelling was developed. The application includes radar records file processing, Doppler filtering, tag creation, data visualizationand tag database. For the better context of analysed data, an interface to Geographic Information Software (GIS) programis included as well. GIS program allows overlaying radar Plan Position Indicator (PPI) data with map data, airplane transponder tracks, drone flight path log and other support data. Finally, the application notes and observations are presented.Tento článek představuje přístup ke správě metadat (štítků tříd cílů) pro zaznamenaná data primárního radaru s Dopplerovskou filtrací. Tyto informace jsou nezbytné pro další výzkum a vývoj algoritmů klasifikace cílů. Za tímto účelem byla vyvinuta metodika značení a aplikace pro analýzu radarových dat a štítkování cíle. Aplikace zahrnuje zpracování souborů radarových záznamů, dopplerovské filtrování, vytváření značek, vizualizaci dat a databázi značek. Pro lepší kontext analyzovaných dat je zahrnuto také rozhraní k softwaru Geographic Information Software (GIS). Program GIS umožňuje překrýt data radaru PPI mapovými daty, záznamy trajektorií z odpovídačů letadel, záznamem letové dráhy dronu a dalšími podpůrnými údaji. V závěru článku jsou uvedeny aplikační poznámky a postřehy

Analýza DVB-T signálu v sítích SFN v systémech pasivní koherentní lokace

The paper describes a problematic about analysis of the Cross Ambiguity Function of a DVB-T signal in the Passive Coherent Location system. The analysis includes effects of the different parameters of the DVB-T signal on the Cross Ambiguity Function. The analyzed parameters are guard interval, effects of the different pilot carriers, etc.Článek popisuje a analyzuje problematiku vlivu DVB-T signálu v jedno frekvenčních sítích v systémech pasivní koherentní lokace. Analýza zahrnuje stanovení vlivů různých parametrů DVB-T signálu na základě výpočtu vzájemné funkce neurčitosti. Analyzované parametry jsou ochranný interval, různé druhy pilotních kmitočtů, kódování, atd

Modelování vlivů větrné elektrárny u primárních radarových systémů

Wind turbines or wind farms present a major source of renewable energy. The expansion of wind turbines across the world rapidly increases. Unfortunately, for radar systems, wind turbines are a big source of clutter that can negatively influence the behavior of the detection capabilities of radar systems, or even totally “blind” radar systems. The problematic of mitigation of the influence of the wind turbines on radar systems is highly variable and depends on parameters of the wind turbines and radar systems. The main negative parameters of wind turbines are large Radar Cross Sections and Doppler shift spread of reflected signals. For the determination of general mitigation techniques, it is important to make a deep analysis of the different types of scenarios using a developed simulator of reflected signals from a wind turbine. This paper describes developed simulator and wind turbine parameter analysisVětrné elektrárny nebo větrné farmy přináší hlavní zdroj obnovitelné energie. Větrných elektráren napříč světem stále přibývá. Naneštěstí pro radarové systémy, jsou větrné elektrárny hlavním zdrojem rušení, které způsobuje negativní vliv na detekční schopnosti radaru. Problematika zmírnění těchto vlivů je velice proměnlivá a závislá na parametrech větrných elektráren a radarového systému. Hlavními negativními parametry větrných elektráren jsou velká efektivní odrazná plocha a Dopplerovký posun odražených signálů. Pro stanovení základních zmírňovacích technik je důležité provést hlubší analýzy pro různé typy scénářů, které lze nastavit v navrženém simulátoru odražených signálů od větrných elektráren. Tento článek popisuje navržený simulátor a analýzu parametrů věřených elektráren

Analýza detekce cílů v systémech pasivní koherentní lokace v jedno frekvenčních sítích

The paper deals with the primary analysis of the target detection in the Passive Coherent Location system that exploits DVB-T transmitters in a Single Frequency Network. The analysis is based on the behavior of a Cross Ambiguity function and is done for one/more targets in one bistatic radar. The Single Frequency Network system uses the same central carrier frequency for all transmitters. The analysis shows that multipath effect significantly influences the determination of the precise accuracy of the maximum of the CA function.Článek obsahuje základní analýzu problematiky detekce cílů v systému pasivní koherentní lokace, využívající vysílače DVB-T systému, které pracují v jedno frekvenčních sítích. Analýza je založena na výpočtu vzájemné funkce neurčitosti pro jeden/více cílů v systému obsahující jeden bistatický radar. Všechny vysílače jedno frekvenčních sítích pracují na jedné nosné frekvenci. Analýza se věnuje i problematice vícenásobného síření signálu, které významně ovlivňuje správné určení přesnosti maxima/maxim, na jejichž základě probíhá detekce cílů