Post on 28-Jun-2020
TALLER CON EMPRESAS “7”
FUERZA 2035 – C-RPAS
Tecnologías y soluciones para
la capacidad C-RPAS
http://www.ejercito.mde.es/estructura/briex_2035/index.html
Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Nerea del Rey Maestre, Pedro José Gómez del Hoyo
Dpto. de Teoría de la Señal y Comunicaciones
Escuela Politécnica Superior
Universidad de Alcalá
Entidad financiadora: MINISTERIO DE CIENCIA,
INNOVACIÓN Y UNIVERSIDADES
Proyecto: Radares pasivos basados en el
conocimiento que incorporan técnicas espacialesadaptativas de banda ancha.
KRIPTON Ref. RTI2018-101979-B-I00.
Mª Pilar Jarabo-Amores mpilar.jarabo@uah.es
David de la Mata Moya david.mata@uah.es
Índice
• Radares pasivos.
• Tecnologías para la detección de drones.
• Demostrador IDEPAR.
• Detección de drones utilizando la señal TDT:
• Escenario rural: ensayos del Proyecto CONDOR (INTA, “La Marañosa”).
• Escenario marítimo: 11º Escuadrillade Aeronaves de la Armada, Cádiz.
• Detección de otros blancos utilizando la señal TDT.
• Potencial utilización para la clasificación de drones.
• Conclusiones.
• Referencias.
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TALLER “7”. FUERZA 2035 – C-RPAS
Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Radares pasivos (I)
Sistemas que utilizan iluminadores de oportunidad,
en lugar de un transmisor propio, para la detección
de blancos y estimación de parámetros (posición,
velocidad).
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TALLER “7”. FUERZA 2035 – C-RPAS
Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Radares pasivos (II)
Complementos para sistemas anti-dron:
Ausencia de transmisor y posibilidad de utilizar componentes COTS: versátiles,
configurables, de bajo coste, no invasivos, LPI.
Banda UHF: detección de blancos fuera de la línea de vista (difracción)
Configuración multiestática y uso de frecuencias fuera de las bandas radar: detección de
blancos con baja firma radar (tecnología stealth)
Aplicaciones:
Vigilancia de fronteras (detección y seguimiento de
aeronaves a baja altura);
Infraestructuras críticas (no producen interferencias
electromagnéticas, requisitos de despliegue bajos);
Ciudades inteligentes y protección y
monitorización de áreas muy concurridas (eventos
culturales, sociales o deportivos, zonas turísticas…).
Protección frente a amenazas RPAS
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TALLER “7”. FUERZA 2035 – C-RPAS
Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Tecnologías para la detección de drones
Sensores y sus propiedades para la detección de RPAS [1]
Radares pasivos:
La cobertura y la precisión en la estimación de la posición dependen del IoO.
La identificación de blancos requiere altos anchos de banda.
No se requiere asignación de frecuencias; no es fuente de interferencia electromagnética.
Bajo coste (desarrollo, despliegue, mantenimiento).
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, TALLER “7”. FUERZA 2035 – C-RPAS
Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Demostrador IDEPAR (I)
Proyecto APIS, On Array Passive ISAR adaptiveprocessingEDA-
JIP-ICET (2010-2012) [2], liderado por Indra Sistemas S.A.
IDEPAR: demostrador radar pasivo de la Universidad de
Alcalá (proyectos de investigación nacionales)
IDEPAR (Investigación sobre técnicas de detección mejoradas para radares pasivos, ref. TEC2012-38701).
MASTERSAT (Receptor radar pasivo multicanal basado en iluminadores terrestres satelitales, ref. TEC2015-
71148-R).
KRIPTON (Radares pasivos basados en el conocimiento que incorporan técnicas espaciales
adaptativas de banda ancha), ref. RTI2018-101979-B-I00.
Plataforma de diseño y validación para:
SCOUT (Multitech SeCurity system for intercOnnected space control groUnd staTions), ref. FP7-COOPERATION-
2013-SEC-SCOUT-607019.
MAPIS (Multichannel ISAR imaging for military applications, ref. 132/2014). EDA Ad Hoc R&T Project (Category B).
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Demostrador IDEPAR (II)
Detección y seguimiento 2D [3]:
Canales analógicos 1 USPR N210: 1 canal
Máxima tasa de adquisición I/Q 25MS/s
Frecuencia de operación 40MHz – 2GHz
Resolución ADC 14 bits/muestra
Antenas: Televés DAT 75HD Ancho de haz = 24º, Ganancia = 17dB
Detección y seguimiento 3D [4]:
Procesado en array en el dominio de la CAF.
Televés 4G Nova: Ancho de haz: 59,94º. Ganancia: 6,9 dB.
Incremento de la cobertura angular.
Discriminación angular.
Estimación 3D de los parámetros del blanco.
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TALLER “7”. FUERZA 2035 – C-RPAS
Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Demostrador IDEPAR (III)
Señal TDT multicanal [5]:
Canales analógicos 1 USPR X310: 2 canales
Máxima tasa de adquisición I/Q 100MS/s
Frecuencia de operación 40MHz - 6GHz
Resolución ADC 14 bits/muestra
Sincronización de los ADCs 10MHz y PPS
Oscilador local compartido Sí
Interfaz de alta velocidad Dual 10 Gigabit Ethernet
Señal DVB-S multicanal [6]
Cobertura global y alta disponibilidad.
Buenas propiedades para detección (FA).
Transmisión continua.
× Pérdidas de transmisión altas.
× Baja BRCS.
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Detección de drones utilizando la señal TDT (I)
Escenario rural: Proyecto CONDOR [8,9]
• Localización: INTA, “La Marañosa”.
• IoO: Torrespaña (PIRE=20kW, 16,6km).
• Dron cooperativo: DJI Phantom 4.
Cobertura estimada para una altitud de 50 m
Entorno dominado por
ruido:
BRCS=-12,1 dBsm
SNRdet = 17,5dB,
PFA= 10-6, PD = 80%
Blanco: SWI.
• Pérdidas de propagación: WinProp, + GIS
• BRCS: ANSYS HFSS.
• Sensibilidad: cadena de recepción de IDEPAR.
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Detección de drones utilizando la señal TDT (II)
Proyecto CONDOR. Detección y seguimiento 3D [8,9,10]
Canal de vigilancia fc Vblanco BW Trayectoria
Tacq=20s
Tint=250ms
Array lineal no uniforme
de 5 elementos698 MHz 30 km/h 24 MHz Aproximación al RP
Capacidades detectoras (PFA deseada = 10-5 )
PFA 7,32·10-5
PD 97,5 %
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TALLER “7”. FUERZA 2035 – C-RPAS
Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Detección de drones utilizando la señal TDT (III)
Proyecto CONDOR. Técnicas de interferometría [8]
Canal de vigilancia fc Vblanco BW Trayectoria
Tacq=20s,
Tint=250ms2 Antenas DAT 75 HD 698 MHz 30 km/h 24 MHz Aproximación al RP
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Detección de drones utilizando la señal TDT (IV)
Escenario marítimo: Undécima Escuadrilla de Aeronaves de la Armada, Cádiz
Cobertura angular: 84º
Ancho de haz: 13º
Ganancia: 15,5dB
DJI Phantom 3
BRCS=-13,1 dBsm
Altitud del dron: 20 m
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Detección de drones utilizando la señal TDT (V)
Undécima Escuadrilla de Aeronaves de la Armada [10]
Canal de vigilancia fc Vblanco BW
Tacq=40s
Tint=500ms
PRI = 250ms
Array lineal no uniforme
de 7 elementos734 MHz 36 km/h 20 MHz
PFA deseada = 10-5
PD = 97 %
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Detección de drones utilizando la señal TDT (VI)
Undécima Escuadrilla de Aeronaves de la Armada: detección y seguimiento 3D
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TALLER “7”. FUERZA 2035 – C-RPAS
Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Detección de otros blancos utilizando la señal TDT
Undécima Escuadrilla de Aeronaves de la Armada: detección y seguimiento 3D
Distancia
blanco-PR
Avión 29 km
Barco 11,5 km
Phantom 3 394 m
La distancia dron-radar de 400m está limitada por el
sistema de control remoto del dron. Los estudios de
cobertura estiman una distancia máxima de 4,32 km.
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Potencial utilización para la clasificación de drones
Escenario rural: Aeródromo localizado en Fuente el Saz de Jarama (Madrid) [9]
Detección y seguimiento 2D:
• IoO: Torrespaña (PIRE=20kW, 30km).
• AoI: área rectangular de 100m x 120m.
• Dron cooperativo: 1m (diámetro).
Material: grafito.
Tacq=30s, Tint=250ms, ancho de banda instantáneo: 8MHz
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Conclusiones
• Se proponen los radares pasivos como tecnologías innovadoras para la detección de
RPAS, una tarea clave en la protección de la Fuerza Terrestre.
• La experiencia de la Universidad de Alcalá en tecnología radar pasiva comienza con el
proyecto APIS y se consolida en los proyectos nacionales, FP7 y de la EDA.
• IDEPAR: demostrador radar pasivo desarrollado en la Universidad de Alcalá.
• Estudios de viabilidad para la detección de drones:
• Técnicas interferométricas.
• Técnicas de procesado digital en array: array lineal no uniforme de 5 antenas comerciales; array
lineal no uniforme de 7 antenas diseñadas en la Universidad de Alcalá.
• Los estudios de cobertura incluyen el modelado de la BRCS del blanco e información
GIS del terreno bajo estudio. Las capacidades detectoras han sido evaluadas mediante la
estimación de los valores de PD y PFA.
• Los resultados demuestran la viabilidad del uso de los radares pasivos para la detección y
potencial clasificación de RPAS.
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones
Referencias
[1] P. Wellig et al., "Radar Systems and Challenges for C-UAV," 2018 19th International Radar Symposium (IRS), Bonn, 2018, pp. 1-8.
[2] P. Jarabo Amores, M. Rosa, David de la Mata, J.L. Bárcena, Nerea del Rey, J. Álvarez, J. Gaitán. “APIS, radar pasivo en el JIP-
CET”,Boletín de Información Tecnológica en Defensa. DGAM SGTI, MINISDEF nº. 38. 2013.
[3] M.P. Jarabo-Amores, J.L. Bárcena-Humanes, P.J. Gómez-del-Hoyo, N. del-Rey-Maestre, D. Juara-Casero, F.J. Gaitán-Cabañas,and D. Mata-Moya. ‘IDEPAR: a multichannel digital video broadcasting-terrestrial passive radar technological demonstrator in
terrestrial radar scenarios.’ IET Radar, Sonar and Navigation, vol. 11, no. 1, pp. 133-141, 2016.
[4] N. del-Rey-Maestre, D. Mata-Moya, M.P. Jarabo-Amores, P.J. Gómez-del-Hoyo, J.L. Bárcena-Humanes, and J. Rosado-Sanz.‘Passive radar array processing with non-uniform linear arrays for ground target's detection and localization.’ Remote Sensing. Special
Issue Radar Systems for the Societal Challenges, 9 (7), 756, 2017.
[5] A. Almodóvar-Hernández, P.J. Gómez-del-Hoyo, N. del-Rey-Maestre, D. Mata-Moya, M.P. Jarabo-Amores, and F.J. Gaitán-
Cabañas. ‘Plataformas USRP para el desarrollo de radares pasivos de altas prestaciones reconfigurables.’ Congreso Nacional de I+Den Defensa y Seguridad (DESEi+d), 2018.
[6] P.J. Gómez-del-Hoyo, Mª Pilar Jarabo-Amores, D. Mata-Moya, J. Rosado-Sanz, N. del-Rey-Maestre, “DVB-S based passive radar
for ground targets detection and tracking”, 7th PCL Focus Days, 2018
[7] M.P. Jarabo-Amores, D. Mata-Moya, P.J. Gómez-del-Hoyo, J.L. Bárcena-Humanes, J. Rosado-Sanz, N. del-Rey-Maestre, and M.Rosa-Zurera. “Drone detection feasibility with passive radars.” European Radar Conference (EURAD), pp. 313-316, 2018.
[8] N. del-Rey-Maestre, P.J. Gómez-del-Hoyo, J. Rosado-Sanz, D. Mata-Moya, M.P. Jarabo-Amores, and F.J. Gaitán-Cabañas.
‘Validación de radares pasivos basados en la TDT para la detección de drones.’ Congreso Nacional de I+D en Defensa y Seguridad(DESEi+d), 2018.
[9] N. del-Rey-Maestre, D. Mata-Moya, M.P. Jarabo-Amores, P.J. Gómez-del-Hoyo, and J. Rosado-Sanz, ‘Optimum Beamforming to
Improve UAV’s Detection Using DVB-T PassiveRadars’. RADAR 2019 International Conference, 2109.
[10] M.P. Jarabo-Amores, D. Mata-Moya, N. del-Rey-Maestre, P.J. Gómez-del-Hoyo, and J. Rosado-Sanz, “IDEPAR, uso del radarpasivo para la detección de drones”. Boletín de Observación Tecnológica en Defensa, 2019.
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Gracias por su atención
Nerea del Rey Maestre, Pedro José Gómez del Hoyo
Dpto. de Teoría de la Señal y Comunicaciones
Escuela Politécnica Superior
Universidad de Alcalá
Entidad financiadora: MINISTERIO DE CIENCIA,
INNOVACIÓN Y UNIVERSIDADES
Proyecto: Radares pasivos basados en el conocimiento
que incorporan técnicas espaciales adaptativas de bandaancha.
KRIPTON Ref. RTI2018-101979-B-I00.
Mª Pilar Jarabo-Amores mpilar.jarabo@uah.es
David de la Mata Moya david.mata@uah.es
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Radares biestáticos pasivos para detección de drones