EXAME DE SISTEMAS DE RADAR

MEAero

PROF. ANTÓNIO A. MOREIRA 26 Janeiro 2016

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Duração: 2h30

1. Considere um radar mono-estático operando em 5.75 GHz. Os impulsos são transmitidos com uma

cadência de repetição de 1500 pps e têm formatação rectangular com duração τ = 20 µ s. A antena

realiza 15 rpm, exibe um ganho de 27 dBi e tem uma largura de feixe (em azimute) de 1.5o. O

receptor usa um filtro gaussiano com largura de banda a -3 dB optimizada, a temperatura de ruído

equivalente da antena é de 450ºK, e o receptor é caracterizado por uma temperatura de ruído interno

equivalente de 1500ºK.

a) Admita que as perdas por flutuações são desprezáveis, e que o fator de melhoria do integrador

tendo em conta a formatação do feixe é dado por

𝐼! 𝑛 = 1 + 2 𝑒𝑥𝑝 −5.55𝑘!/𝑛!!!!! /!

!!!

onde n é o número de impulsos integrados e nB é o número de impulsos dentro de uma largura de

feixe. Admitindo que o número de impulsos integrados é n=10, estime a potência de transmissão

dos impulsos necessária para detectar o alvo com 10 m2 de área refletora equivalente situado a 75

km com probabilidades de deteção de 98% e probabilidade de falso alarme 10-10.

b) Admitindo agora que a deteção do alvo é consistente com o modelo de flutuações “SW3” estime

o novo valor da probabilidade de deteção para a mesma probabilidade de falso alarme,

considerando que o detetor utiliza um integrador ideal e se despreza o efeito da formatação do

feixe.

Nota: considere a seguinte expressão aproximada para a probabilidade de deteção de um alvo

com flutuações SW3

𝑃! = 1 +2 𝑆 𝑁 𝑆 𝑁 !

2 + 𝑆 𝑁! 𝑒!

! ! ! !!! ! !

onde (S/N) é o valor necessário para a deteção de 1 impulso e (𝑆 𝑁)! é a relação sinal/ruído de

limiar para a probabilidade de falso alarme pretendida.

Se não resolveu a) tome (S/N)=16 dB.

c) Considere agora que os impulsos transmitidos têm modulação linear na frequência, com taxa

de variação de frequência µ MHz/µs . Os impulsos são refletidos por alvos pontuais afastados de 50m

e são detetados recorrendo a um filtro compressor adaptado. Obtenha um valor mínimo para

µ MHz/µs de forma a que, após a compressão, os instantes relativos à máxima resposta dos impulsos

estejam separados mais do que o dobro da duração entre nulos dos lobos temporais.

Exame de Sistemas de Radar, MEAero , 26 janeiro 2016

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2. Radar altímetro

a) Recorrendo a um diagrama de blocos, explique o funcionamento de um radar altímetro

FMCW.

b) Indique possíveis causas que podem contribuir para a redução de precisão da distância ao

solo obtida com um radar altímetro.

3. Considere um radar monopulso de comparação de amplitude destinado a fazer seguimento

de alvos numa coordenada angular.

a) Faça um diagrama de blocos com os elementos básicos de hardware necessários e

descreva abreviadamente o seu funcionamento.

b) Explique porque se usa um comparador de fase para obter o sinal de erro para a correção

de alinhamento com o alvo.

c) A deteção de um alvo extenso é afetada por “glint”. Considerando um modelo

simplificado em que o alvo extenso é composto por um conjunto de refletores (por

exemplo, 3) de menor dimensão, justifique se espera um efeito mais acentuado ou menos

acentuado do glint com o aumento da distância ao alvo.

4. Considere um radar monoestático operando em 6 GHz. É usada uma antena que pode ser

considerada uma abertura circular com iluminação com simetria azimutal da forma

𝐸! 𝜌 = 𝐸! 1−𝜌𝑎

! !

a) Obtenha o diâmetro da abertura, admitindo que se pretende que a antena tenha uma

largura de feixe a meia potência de 2º, e obtenha o ganho da antena.

b) Pretendendo-se integrar pelo menos 30 impulsos dentro de uma largura de feixe a meia

potência, determine o valor de prf mínimo quando a velocidade de varrimento é de 6 rpm.

c) Se duas antenas iguais a esta, com os centros das antenas afastados de 2.5 m, fossem

utilizadas num sistema de seguimento monopulso, estime a razão entre as amplitudes do

canal diferença e do canal soma que corresponderia a um erro angular de 0.15º. Justifique

as hipóteses que entender conveniente utilizar.

5. Corrija as afirmações a) e b) caso entenda que são falsas. Note que não será considerado se

usar uma simples negação nas afirmações a corrigir. Complete os espaços nas afirmações

c) a f).

Justifique abreviadamente todas as suas resposta.

Exame de Sistemas de Radar, MEAero , 26 janeiro 2016

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a) É necessário a utilização de proteção de raios-X quando se usa um transmissor de estado

sólido.

b) Um klystron reflex é um dispositivo adequado para ser usado num transmissor de

potência em aplicações que exijam formas de onda específicas, como por exemplo FM

linear.

c) O funcionamento de um klystron pode ser explicado pelo efeito ... de um feixe de

electrões.

d) O funcionamento de um ... pode ser estabilizado no modo π recorrendo a ...

e) Um TWT de cavidades acopladas é um dispositivo que pode ser recomendado para

aplicações de ... potência e quando a largura de banda é ...

f) Num diagram de Rieke evidencia-se a dependência da ... e da ... com a carga de um magnetrão.

Formulário Exame de Sistemas de Radar, MEAero , 26 janeiro 2016

Expressão empírica (Albersheim) que relaciona (S/N)1, Pd e Pfa

(S / N ) = A+ 0.12AB +1.7B

com A = ln(0.62 / Pfa ) e B = ln(Pd / (1− Pd ))

Eficiência de filtros não adaptados

Sinal de entrada Filtro BRFτ ótimo Perda em (S/N)(dB) comparando com o filtro adaptado

Impulso retangular retangular 1.37 0.85

Impulso retangular gaussiano 0.72 0.49

Impulso gaussiano retangular 0.72 0.49

𝐼! 𝑛 = 1 + 2 𝑒𝑥𝑝 −5.55𝑘!/𝑛!!!!! /!

!!!

Aberturas planas

Iluminação

n

a aρE(ρE

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞⎜

⎝⎛−=

2

0 1)

Tipo de iluminação n=0 n=1 n=2

Eficiência de abertura, εab 1 0.75 0.55

Largura de feixe a meia

potência (radianos) 0.51(λ/a) 0.64(λ/a) 0.73(λ/a)

Nível de lobos secundários -17.5 dB -24.6 dB -30.7 dB

𝑛! 𝐼!(10)

10 6.547

20 8.238

25 8.849

50 8.87