Giovanni Picardi

pp. 784,   figg. 417,  2^a ristampa 2006,    5^a edizione  2000   (Codice editore 1340.51)

ll progredire della tecnologia e delle metodologie di sintesi e di analisi ha comportato una vera evoluzione nel settore radar e telerilevamento in genere in termini di diversificazione delle applicazioni e del loro alto grado di sofisticazione. Peraltro si è sviluppata negli ultimi anni in maniera unificante la metodologia della elaborazione radar.

In questo volume, frutto di una lunga esperienza industriale ed accademica, l'elaborazione radar viene presentata negli aspetti metodoloqici e applicativi. Nell'affrontare i problemi della ottimizzazione del sistema trasmittente e della catena ricevente vengono tenute presenti le implicazioni dettate dalle caratteristiche effettive delle varie parti che compongono un intero apparato.

Viene fatto riferimento ad applicazioni classiche quali quelle per il controllo del traffico aereo, per l'inseguimento ed identificazioni di oggetti mobili ed ad applicazioni relative ai più moderni radar anche di tipo spaziale quali i SAR e gli altimetri.

Destinato agli studenti di ingegneria, questo volume risulta strumento indispensabile per tutti coloro che, operando nel mondo industriale, vagliano analizzare ed approfondire le tematiche progettualità connesse alla intera struttura di un sistema di telerilevamento ed in particolare all'apparato di ricezione ed elaborazione.

Giovanni Picardi, ingegnere, libero docente di Comunicazioni Elettriche, professore ordinario di Sistemi di Rilevamento e Riconoscimento presso la Facoltà di lngegneria , è Direttore del Dipartimento di Scienza e Tecnica dell'informazione e della Comunicazione (INFOCOM), Università di Roma «La Sapienza». Ha lungamente lavorato su temi di elaborazione dei segnali presso la «Selenia S.p.A.». E' stato responsabile di numerose ricerche nel settore del telerilevamento, finanziate dal CNR, dal Ministero della Pubblica Istruzione e da industrie che operano nel settore.

Prefazione
1. PRINCIPI DI TECNICHE RADAR
1.1. Introduzione
1.2. Principio di funzionamento del radar
1.3. L'equazione radar
1.4. Ambiente radar
1.5. Requisiti generali del sistema di elaborazione e possibili tecniche realizzativi
1.6. Schemi a blocchi di radar
1.7. Struttura generale di un sistema radar
1.8. Criteri di rivelazione del segnale radar
a) Rumore a banda stretta e rivelatore di inviluppo
b) Segnale sinusoidale aggiunto ad un rumore a banda stretta
c) Criterio di Neyman-Pearson
d) Filtraggio adattato. Equazione radar modificata
e) Rivelatore coerente
f) Copertura radar
g) Scelta della frequenza di trasmissione. Cenni sul "multipath"
Bibliografia
2. MODELLI DEI SEGNALI RADAR
2.1. Introduzione. I bersagli
2.2. Modelli statistici dei bersagli
2.3. Cenni sulla influenza degli effetti secondari sulla equazione radar
2.4. Sezione radar equivalente del clutter
a) Clutter di mare
b) Clutter di terra
c) Clutter atmosferico
d) Distanza critica; area e volumi effettivi
2.5. Esempio di valutazione numerica del clutter
2.6. Distribuzioni di ampiezza del clutter
2.7. Distribuzioni spettralí del clutter
Bibliografia
3. CENNI SULLA FUNZIONE DI AMBIGUITÀ' E SULLA SCELTA DELLE FORME D'ONDA
3.1. Introduzione .
3.2. Rivelatore di segnali parzialmente conosciuti
3.3. Criterio di verosimiglianza e funzione di ambiguità'
3.4. Accuratezza nella misura dei vari parametri
3.5. Segnali semplici e modulati. Il chirp
3.6. Comportamento del "chirp": andamenti In tempo e spettrali
3.7. Riduzione dei lobi laterali
3.8. Effetti delle distorsioni
3.9. Requisiti generali di un sistema di espansione e compressione ed effetti di secondo ordine
3.10. Codici di fase: Codice di Barker e di Frank
3.11. Caratteristiche fondamentali delle varie forme d'onda proposte
3.12. Caratterizzazione delle proprieta' fondamentali dei radar attraverso la funzione di ambiguità'
App.1.
A.1 Richiami sulla notazione complessa dei segnali
A.2 Richiami sulla realizzabilita' fisica
A.3 Filtraggio complesso
App.2. Problemi fondamentali nei radar ad onda
continua
Bibliografia
4. ELABORAZIONE DEL SEGNALE IN DISTANZA
4.1. Introduzione. Condizione CFAR
4.2. Richiami sui criteri di rivelazione
a) Verifica di ipotesi: Neyman-Pearson
b) Criterio della massima verosimiglianza
c) Criterio della massima verosimiglianza condizionata (o a probabilità' inversa)
d) Criterio dell'osservatore ideale o ad errore globale minimo
e) Criterio sequenziale
4.3. Generalita' sulle tecniche CFAR di tipo video "Autogate"
4.4. Stimatore K4
4.5. Transitori negli autogate tipo OR (GOT) e AND (CAT)
4.6. Probabilità' di falso allarme
a) Autogate OR
b) Autogate AND
4.7. Probabilità' di rivelazione
a) Ambiente non gaussiano
b) Autogate
4.8. Adattivita' a fluttuazioni lente
4.9. La tecnica dei "ranghi"
4.10. Controlli sulla distribuzione di ingresso
a) STC - Sensitivity Time Control
b) Log-FTC
4.11. Realizzazione pratica di amplificatori logaritmici
4.12. Dicke-Fix
a) Senza limitatore
b) Il limitatore sia inserito
4.13. Amplificatori con autopolarizzazione (Back-bias)
4.14. Tecniche particolari di sub-clutter visibilità
App.1. Stimatorí di momenti
App.2. Stima campionaria della radice cubica del coefficiente di "skewness": distribuzione Weibull
App.3. Banda di rumore
Bibliografia
5. ELABORAZIONE MTI E TECNICHE DI FILTRAGGIO AZIMUTALE
5.1. Introduzione
5.2. Cancellatori singoli
5.3. Cancellatore a doppio canale
5.4. Caratteristiche di un MTI: CA e IF
5.5. Cancellatori semplici e doppi
5.6. Effetto delle instabilita' nella cancellazione del clutter. La conversione A/D
5.7. Campionamento del segnale radar e larghezza di banda di media frequenza
5.8. Stagger
5.9. Il filtraggio azimutale
5.10. Integrazione coerente e non coerente
5.11. Bersagli fluttuanti
5.12. Integrazione video (come filtraggio subot-
timo)
5.13. Estrazione radar
5.14. Estrattore a finestra mobile (Moving Window)
5.15. Cenni sulla tecnica ad accumulazione e a "success run"
5.16. Applicazione del criterio della massima verosimiglianza nel caso di integrazione non coerente
5.17. Soglia adattiva dopo integrazione
5.18. Cancellazione in ambiente non gaussiano
Bibliografia
6. CANCELLAZIONE ADATTIVA DEL CLUTTER
6.1. Introduzione
6.2. Stima della frequenza media del clutter
a) Tecnica di stima
b) Degradazione dell'IF
6.3. Cancellazione con banchi di filtri (MTD)
a) DFT come integratore coerente e banco doppler
b) Problematiche connesse all'uso della DFT anche come cancellatore di clutter
c) Perdita dovuta alla rete di pesatura che opera in tempo
d) Rete di pesatura
e) Improvement Factor
f) Cenni sulla CFT (Chirp Fourier Transform)
6.4. Tecnica adattiva ottima nella cancellazione del clutter
a) Elaboratore doppler
b) MT1 adattivo (ADMTI)
c) Stima della matrice di correlazione
d) Tecniche realizzativi
6.5. Cancellazione del clutter con tecniche autoregressive
a) Richiami sui modelli AR, ARMA e MA
b) Metodologia di stima dei parametri AR
c) Confronto modellizzazione AR e ARMA
d) Filtraggio di predizione ottimo: ADMTI predittivo (PAMTI)
e)
fra ADMTI e PAMTI
f) Valutazione dell'ordine di autoregressione nel caso di doppio clutter
Comportamento su doppio clutter. Confronto
g) Problemi realizzativi connessi al PAMTI
g.1) Levinson-Durbin. Struttura a traliccio
g.2) Burg
h) Problemi di stima della correlazione
i) Influenza dell'errore di stima della correlazione sull'improvement factor
6.6. Sbiancamento e tecnica di integrazione coerente
a) Algoritmo di scarto
b) Presenza di solo rumore
c) Una distorsione spettrale del segnale utile
d) Traliccio normalizzato
e) Segnale utile codificato
Bibliografia
7. SISTEMI DI INSEGUIMENTO
7.1. Introduzione. La scansione conica
7.2. Controllo automatico di guadagno (AGC)
a) Il segnale di ingresso e la relativa dinamica
b) Analisi del sistema di controllo automatico di guadagno
c) Requisiti della caratteristica di controllo del guadagno
7.3. Inseguimento in distanza
7.4. Il discriminatore di tempo
a) sul fronte di salita
b) early-late gate
C) ottimo
7.5. Definizione statistica di un sistema di controllo automatico di guadagno
7.6. Grandezze caratteristiche in un sistema con controllo automatico di guadagno
7.7. Il discriminatore di tempo: sua caratterizzazione per bassi rapporti segnale-rumore. Condizione critica per l'inseguimento
7.8. Richiami sugli errori statici e dinamici. Inseguimento
7.9. Cenni su Trak-While-Scan: algoritmi di stima; filtraggio Kalman
7.10. Problemi connessi alla presenza di evanescenza nei sistemi di inseguimento in distanza
7.11 Esempio di dimensionamento di un sistema di
Inseguimento automatico in distanza
7.12. Inseguimento angolare
a) influenza del rumore di fondo
b) della fluttuazione del bersaglio
C) della scintillazione
d) dell'ambiente (multipath)
7.13. Tecnica monopulse
7.14. Sistemi di aggancio ed Inseguimento di fase e frequenza
a) Applicazioni dei PLL: aggancio di portanti
b) Inseguimento di un segnale a portante soppressa (AMPS)
c) Demodulazione coerente di segnali analogici
7.15. Cenni su valutazioni comparative fra varie tecniche di demodulazione
7.16. Demodulazione coerente di segnali digitali. Sintesi di frequenza
7.17. Analisi del PLL
a) Discriminatore di fase
b) Analisi lineare del PLL
c) Errori statici
d) Transitori-memoria
7.18. Definizione di lock-in, pull-in, hold-in
7.19. Problemi di sensibilita' in un PLL
7.20. Confronto fra un PLL ed un AFC
App.l. Considerazioni sulla scelta del guadagno km
App.2. Relazioni fondamentali per PLL e AFC
Bibliografia
8. IL RADAR AD APERTURA SINTETICA (SAR)
8.1. Introduzione
8.2. Principio di funzionamento
a) Risoluzione azimutale
b) Limite alla risoluzione
c) Variazione della direzione di osservazione (SAR squinted)
d) Tecnica di elaborazione "dechirping"
8.3. Il SAR non localizzato
8.4. La qualita' dell'immagine e dei parametri radar
8.5. Lo "speckle" e la tecnica "multilook"
8.6. Risoluzione in distanza
8.7. Considerazioni di sistema e scelta dei parametri fondamentali
a) Dimensioni dello swath
b) Data rate
c) Potenza di ritorno per i vari punti in
SR
d) Sensibilita'
e) Scelta della PRF
f) Ambiguita'
8.8. Algoritmi di elaborazione
a) Compressione in distanza
b) Memoria "corner-turning"
c) Compressione in azimut
d) Correzione della "Range Cell Migration" (RCM)
e) Somma multilook
f) Focalizzazione
8.9. Tecniche per aumentare le dimensioni dello swath
a) SCANSAR
b) Squinted SAR
c) Multiplazione del sistema SAR
App.1. Valutazione dei ritorni nel SAR
App.2. "Dechirping" e DFT come tecnica di correla-
zione subottima
Bibliografia
9. IL RADAR DI IMMAGINE
9.1. Introduzione
9.2. Elaborazione doppler
9.3. Problemi di risoluzione e localizzazione
a) Risoluzione azimutale (cross-range)
b) Risoluzione in distanza (along-range)
c) Profondita' di campo
9.4. Applicazioni: SAR, Spotlight, "Ground" e "Space based imaging radar", ISAR
9.5. Spotlight
a) Metodologie di elaborazione della tecnica spotlight
b) Risoluzione angolare
c) Profondità' di campo
9.6. Cenni sulle tecniche di elaborazione bidimensionale
Bibliografia
10. RADAR ALTIMETRIA ED IL TELERILEVAMENTO OCEANICO
10.1. Introduzione
10.2. Modello dell'eco e principio di funzionamento
10.3. Struttura del sistema di elaborazione
10.4. Parametri di progetto
10.5. Stima dei parametri e trade-off di sistema
a) Limiti di Cramer-Rao
b) Struttura MLE
c) Tecnica di elaborazione subottima (SMLE)
d) Inseguimento "early-late gate" (Seasat)
10.6. Tecnica di acquisizione
10.7. Inseguimento su ghiaccio e relative acquisizioni
App.1. Limiti di Cramer-Rao
App.2. Stimatore MLE
App.3. Analisi della sensibilita' del sistema di inseguimento in distanza con il discriminatore di cui in fig-10.11
App.4. Caratteristica ed analisi della sensibilita' del sistema di inseguimento in pendenza
Bibliografia
11 APPARATI E TECNICHE SPECIALI
11.1. Introduzione
11.2. La formazione digitale dei fasci
11.3. La conversione analogico-digitale (A/D)
a) Errori di sbilanciamento
b) Errori di conversione
b.1) Rumore di quantizzazione
b.2) Tempo di apertura
c) Errori di accoppiamento
d) Conclusioni
11.4. Effetto degli errori sul "fascio"
11.5. Errori di fase di tipo quadratico, cubico ed aleatorio
11.6. Tecnologie impiegate nel DBF
11.7. I radar a bassa probabilita' di intercettazione (LPI)
Bibliografia
Indice analitico