Tecniche CFAR mono e bidimensionali in presenza di clutter da centrale eolica

i

Indice

Introduzione

Capitolo 1

“Formulazione del problema”

1.2 Aspetti generali……..………...….………...2

1.2.1 Geometria del problema…...………...2

1.2.2 Caratteristiche di una turbina eolica...………...4

1.3 Impatto del clutter su un sistema radar... ………...7

1.3.1 Antenna...8

1.3.1.1 Lobi laterali in azimuth...………...…...8

1.3.1.2 Sensibilità in elevazione...……….………...8

1.3.2 Front end a RF del ricevitore... .….………...9

1.3.3 Effetti legati al Signal Processor...………...9

1.3.3.1 Convertitore analogico/digitale...10

1.3.3.2 Compressione d’impulso...10

1.3.3.3 Elaborazione Doppler del clutter...11

1.3.3.4 Constant False Allarm Rate processing...11

1.3.3.5 Mappa di clutter………...12

1.3.4 Effetti legati al Data Processor / Tracker………...12

1.3.4.1 Inizializzazione di tracce non desiderate...13

1.3.4.2 Track seduction...13

1.4 Mitigazione degli effetti...14

1.4.1 Screening del terreno...14

1.4.2 Miglioramenti sui singoli sensori...14

1.4.2.1 Miglioramenti sull’antenna...14

ii

1.4.2.1.2 Commutazione del fascio...15

1.4.2.1.3 Tilt Elettronico...15

1.4.2.1.4 Controllo dei lobi laterali in elevazione...16

1.4.2.2 Signal Processing...16

1.4.2.2.1 Progetto della forma d’onda...16

1.4.2.2.2 Creazione di una media sul rumore di fondo...16

1.4.2.2.3 Mappa di clutter ad alta risoluzione...16

1.4.2.3 Data Processor / Tracker...17

1.4.2.3.1 Zona di Inizializzazione Non Automatica...17

1.4.2.3.2 Filtraggio del plot o della traccia...17

1.4.3 Uso di più sensori...17

1.4.3.1 Data fusion...18

1.4.4 Opzione Turbina / Centrale Eolica...19

1.4.4.1 Turbina eolica “nascosta”...19

1.4.4.2 Disposizione ottima della centrale eolica rispetto al radar...19

1.5 Stadio di rivelazione...19

1.6 Modello statistico dell’ampiezza del WTC...22

1.7 Spettro Doppler del WTC...24

1.7.1 Richiami alla teoria dei radar Doppler...24

1.7.2 Spettro Doppler di una turbina eolica...30

Capitolo 2

“Modello statistico dello spettro Doppler”

2.2 Modello spettrale utilizzato...45

Capitolo 3

“Tecniche CFAR”

iii

3.3 Implementazione delle tecniche CFAR monodimensionali...77

3.4 Tecniche CFAR bidimensionali...87

3.4.1 Convenzionale (NO CFAR)...90

3.4.2 Cell Averaging (CA)...90

3.4.3 Peak Detection (PD)...91

3.4.4 Greatest Of Cell Averaging (GOCA)………...92

3.4.5 Greatest Of Ordered Statistics (GOOS)……….93

3.4.6 Two Sample Wilcoxon (TSW)………..94

3.4.7 Hybrid Peak Detection and GOOS………....94

3.5 Implementazione delle tecniche CFAR 2D in ambiente WTC...94

3.6 Analisi dei risultati...99

3.7 Creazione di una mappa con windfarm...112

Conclusioni

iv

Introduzione

I cambiamenti climatici e la forte corsa al petrolio sono stati tra i fattori più influenti che hanno portato, soprattutto negli ultimi anni, allo sviluppo di nuove fonti di energia rinnovabili. La Gran Bretagna ambisce a generare da fonti di energia rinnovabile circa il 10% del suo fabbisogno energetico a partire dal 2010 e l’energia eolica è ritenuta una fonte di energia che darà un contributo chiave a questo scopo. Ciò ha sollevato alcune perplessità a chi si occupa della gestione del controllo del traffico aereo (ATC) e della difesa aerea (AD) perchè gli echi radar provenienti dalle turbine eoliche possono confondere i controllori del traffico aereo e nel caso peggiore possono mascherare gli echi radar provenienti da un aereo che si trova nelle vicinanze di una centrale eolica. La presenza di centrali eoliche nel campo di vista del radar di sorveglianza primario (PSR) situato all’interno di un aeroporto è intesa come una vera sfida di progetto in quanto gli echi generati dalle turbine eoliche hanno caratteristiche simili agli echi riflessi da un aereo oltre ad avere un’ampiezza molto più elevata a causa dell’elevata radar cross section (RCS) che le caratterizza. Ciò comporta tre effetti: la creazione di una zona cieca e la conseguente mancata rivelazione dell’aereo, la seduzione della traccia radar che fa si che la traccia associata all’aereo non segua il percorso corretto e l’aumento della probabilità di falso allarme nella zona in cui sono presenti le turbine eoliche. Le soluzioni finora proposte si possono riassumere in tre gruppi:

‚ Gruppo # 1: Soluzioni che mirano a cambiare l’ambiente nel quale il radar opera, a cambiare le caratteristiche delle turbine stesse riducendone la RCS e ad agire sul percorso tra il radar e turbine;

‚ Gruppo # 2: Soluzioni che mirano a cambiare la gestione del traffico aereo nelle vicinanze della centrale eolica in modo da evitare le aree in cui esse sono situate;

‚ Gruppo # 3: Soluzioni che si propongono a migliorare l’elaborazione del segnale prima della decisione, allo stadio della decisione, allo stadio successivo di estrazione del plot e nella fase di inseguimento.

In questo lavoro ci concentreremo sulle soluzioni del Gruppo # 3 oltre ad esaminare i problemi creati ad un apparato radar e i miglioramenti che si possono apportare ad ogni singolo blocco che lo compone.