Detekce dronů pomocí CW a FMCW radarových senzorů

Abstract

Problém detekce letících dronů je dnes velmi aktuální. Protože velikosti i rychlosti dronů mohou být srovnatelné s dalšími létajícími objekty, jako jsou ptáci, je identifikace pomocí běžných radarových systémů velmi ztížena. Tato práce se věnuje detekci a identifikaci dronů založené na specifické frekvenční modulaci odraženého signálu od sledovaného cíle označené jako Mikro-Dopplerův jev. Specificky jde o identifikaci za využití CW a FMCW radarů. Zároveň je vysvětlen základní princip těchto radarů a způsob získání mikro-dopplerovských charakteristik z naměřených dat. Součástí práce je i návrh numerického simulátoru, který umí generovat mikro-dopplerovské signály dronů s nastavitelnými parametry. Ten je využit k předvedení základních mikrodopplerovských charakteristik dronů a vlivu důležitých parametrů radarového systému, jako je volba frekvence. Všechny teoretické závěry o mikro-dopplerovských modulacích jsou úspěšně ověřeny měřeními s dvěma drony a volně žijícími ptáky. V rámci základní výkonové bilance jsou stanoveny přibližné efektivní odrazné plochy ptáků a dronů jako -35 dBsm, respektive -15 dBsm.

The problem of detection of flying drones is a current one. As the dimensions and achievable velocities of drones may be comparable to other flying objects (most notably birds) the identification using basic radar systems is complicated. This thesis studies methods of detection and identification of drones based on specific frequency modulation of the reflected signal from observed target termed Micro-Doppler effect. Specifically, identification based on CW and FMCW radars is examined. Basic principle of operation of these radars and method of extraction of Micro-Doppler characteristics from measured data is presented. A numerical simulator capable of generating Micro-Doppler signatures of drones with customizable parameters is developed as part of this work. This simulator is used to present basic characteristics of such signals and design considerations such as operating frequency of the radar. All theoretical conclusions about Micro-Doppler modulations are succesfully confirmed by measurements of two drones and numerous birds. Basic radar equation is calculated and effective radar cross sections of birds and drones are estimated as -35 dBsm and -15 dBsm respectively.