Signal Processing for Airborne Passive Radar : Interference Suppression and Space Time Adaptive Processing Techniques for Transmissions of Opportunity

par Danny Kai Pin Tan

Thèse de doctorat en Traitement du Signal (STIC)

Sous la direction de Marc Lesturgie.

Le président du jury était René Garello.

Le jury était composé de Sylvie Marcos, Jacques Raout, Hong Bo Sun.

Les rapporteurs étaient Mikhail Cherniakov, Bernard Uguen.

  • Titre traduit

    Traitement du signal pour le radar aéroporté passif : suppression d’interférences et techniques STAP adaptées à des émissions d’opportunité


  • Résumé

    Le concept de radar passif aéroporté repose sur l’utilisation de plusieurs antennes réseau, disposées sur une plateforme en vue de couvrir un angle solide large de détection, en s’appuyant sur l’utilisation de signaux d’opportunité provenant d’émetteurs au sol. La détection aéroportée à partir de signaux d’opportunité est intéressante, notamment pour assurer l’autoprotection d’un avion ou d’un hélicoptère ; en revanche elle constitue un défi technique notamment en raison du niveau des signaux interférents, en provenance de l’émetteur et des trajets multiples indirects (le fouillis), bien supérieur au niveau de signal utile diffusé par la cible à détecter. D’autres effets, tels que la structure arbitraire des signaux (forme d’onde non-radar) et sa conséquence sur les lobes secondaires en distance, contribuent à la complexité du traitement à mettre en œuvre.Le point de départ des recherches se situe à l’intersection des techniques de radar passif (utilisant la corrélation entre un signal de référence non connu a priori et les signaux diffus renvoyés par l’environnement) et les techniques de type STAP (Space Time Adaptive Processing) utilisées pour la détection des cibles mobiles par les radars aéroportés conventionnels. Dans ce contexte, les travaux de thèse permettent d’étendre d’une part la caractérisation et la qualification des signaux « radar passif » à une configuration aéroportée, d’autre part les techniques STAP à une configuration bistatique et à des signaux de forme arbitraire et non structurés comme des signaux radar. Les recherches mettent en évidence l’importance primordiale du trajet direct et des premiers échos de fouillis qui parasitent la caractérisation spatio-temporelle des échos reçus dans la case distance de la cible sous test. La caractéristique du fouillis, habituellement tracée dans le plan Doppler-angle, se trouve affectée par ces interférences qu’il faut éliminer au préalable. Pour cela, un premier filtre à réponse finie est mis en œuvre sur chaque capteur, puis le traitement STAP est appliqué à l’ensemble du réseau d’antennes.Les traitements proposés sont simulés et les performances en détection sont analysées. Une expérimentation est conduite, à l’aide d’un réseau de 4 antennes mobiles au sol. Les conditions sont réunies pour collecter des signaux de fouillis étalés en Doppler et analyser l’effet d’une forme d’onde non-radar. Les traitements d’élimination des interférences sont mis en œuvre et ainsi qualifiés expérimentalement.


  • Résumé

    The novel concept for the airborne passive radar is to have multiple passive receiving arrays covering a 4 steradian angle around the platform which makes use of the ground-based stationary transmitter as the illuminator of opportunity. This challenging passive radar configuration would well find application for localized covert surveillance on an airborne platform such as an unmanned aerial vehicle, helicopter, etc. For the airborne passive radar, during moving target detections, it encounters the effects of strong interfering signal returns against the weak target returns where this severe interfering environment is usually characterized by the high levels of direct path and clutter against the thermal noise background. Due to the continuous wave, random and aperiodic nature of the passive signal and given the strong direct path and clutter signals, their random range sidelobes couplings into further range cells will seriously exacerbate the background interference, making target detections a big challenge. Moreover, owing to the platform motion, the clutter received by the airborne passive radar is not only extended in both range and angle, it is also spread over a region in Doppler frequency which further complicates the problem.This research work is focused on identifying and analyzing the critical issues faced by the airborne passive radar on moving target detections and to develop effective signal processing schemes for improved performance. As a first step, it is important to accurately derive the model for the received passive signals and consequently, efficient signal processing schemes can be studied to mitigate and to improve detections performance. The signal processing schemes for the airborne passive radar can be segregated into a two-step interference cancellation process where the direct path and strong clutter coupling components (and their corresponding random range sidelobes) present in the received signal at each antenna element can first be effectively suppressed by the adaptive interference cancellation algorithm prior to matched filter processing. Further cancellation on the residual random range sidelobes couplings and on the spatial-Doppler dependent clutter can be achieved using reduced-dimension STAP. Trials based on the ground-based moving passive radar experiments are conducted as the final part of this research work to validate and evaluate the signal processing schemes which is a major progress towards implementing an operational airborne passive radar.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : CentraleSupélec. bibliothèque.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.