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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITÉ DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE HOUARI BOUMEDIENE

Faculté d’Electronique et Informatique Département Télécommunications Mémoire de Fin d’Etudes d’ingénieur d’Etat en Electronique Option : Communication

THEME

ETUDE ET SUR FPGA Dirigé par : Mr M.L BENCHEIKH Mr S. MANSOURI

IMPLÉMENTATION EN TEMPS RÉEL D ’ UN NOUVEAU DÉTECTEUR CFAR Présenté par : BENTCHAKAL FAIDA CHELGHOUM NACERA

1

PLAN DE TRAVAIL

INTRODUCTION PRINCIPE DE LA DETECTION RADAR POSITION DU PROBLEME DETECTION A SEUIL FIXE LE DETECTEUR CA-CFAR LE DETECTEUR OS-CFAR SOLUTION PROPOSEE LE DETECTEUR SWITCHING-CFAR IMPLEMENTATION RESULTATS DE L’IMPLEMENTATION DU S-CFAR CONCLUSION

2

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN RADAR

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Duplexeur

Émetteur

Récepteur

Algorithme de détection 3

INTRODUCTION

POSITION DU PROBLEME

DETECTION A SEUIL FIXE

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Perte en détection Fausses alarmes

Récepteur Radar Cible

Ciblealarme Fausse

1 0

4

INTRODUCTION

POSITION DU PROBLEME

DÉTECTION À SEUIL ADAPTATIF

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Cible s

5

INTRODUCTION

ARCHITECTURE D’UN DETECTEUR CFAR

POSITION DU PROBLEME SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Cellules de référence Cellules de garde Cellule sous test X1

U

Xn2 /

Xn2 / +1

V

Xn

Signal échantillonné

Estimation de la puissance du clutter Z T

Z T

C o m p a ra te u r

Décision

6

ARCHITECTURE DU DÉTECTEUR CA-CFAR

INTRODUCTION

POSITION DU PROBLEME SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Cellules de référence Cellules de garde

U

V

Cellules sous test Somme 1

Somme 2 Comparateur

dé cision

Somme Z

Tca

Z Tca

7

INTRODUCTION

POSITION DU PROBLEME

SIMULATION DU DÉTECTEUR CA-CFAR

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Récepteur Radar

L’algorithme du CACFAR

8

INTRODUCTION

POSITION DU PROBLEME

SIMULATION DU DÉTECTEUR CA-CFAR

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Effet

Récepteur Radar

masking

L’algorithme du CACFAR

9

INTRODUCTION

POSITION DU PROBLEME

INCONVENIENT DU CA-CFAR

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Après avoir évalué les performances du détecteur CA-CFAR, nous avons constaté que ce dernier présente de bonnes performances dans le cas d’un clutter homogène, mais que cellesci chutent dés l’apparition de perturbations telles que des cibles interférentes.

SOLUTION Plusieurs détecteurs CFAR ont été proposés afin de remédier aux effets induits par la non homogénéité du clutter, parmi eux ceux basés sur la statistique ordonnée, cette technique a été introduite la première fois par Hermann Rohling qui proposa l’OS-CFAR

INTRODUCTION

POSITION DU PROBLEME

ARCHITECTURE DU DETECTEUR OS-CFAR

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Classement et choix du K ième 3Néchantillon K= 4 Kième

Tos Z

Z

Tos

Comparateur

Décision

11

INTRODUCTION

POSITION DU PROBLEME

SIMULATION DU DETECTEUR OS-CFAR

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Le détecteur OS - CFAR en présence d ’ une cible interférente 12

INTRODUCTION

POSITION DU PROBLEME

SIMULATION DU DÉTECTEUR OS-CFAR

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

CIBLES RATEES

Le détecteur OS - CFAR sous interférence sévère 13

INCONVENIENT DE l’OS-CFAR

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Nous avons vu qu’il est préférable d’utiliser l’OS-CFAR en milieu non homogène, cependant ces performances en présence de cibles interférentes restent limitées, car dés que le nombre des cellules interférentes dépasse NK (N étant le nombre de cellules de référence et K la Kième cellule choisie) l’OS-CFAR perd de sa robustesse.

SOLUTION

PROPOSEE

Afin d’améliorer la probabilité de détection dans un environnement sous interférence sévère, un nouvel algorithme de détection a été récemment proposé: le Switching-CFAR (S-CFAR). Ce détecteur est nettement plus performant que l’OS-CFAR et le CA-CFAR en termes de détection de groupe de cibles et dont les performances en milieu homogène ne sont pas pour autant compromises comparées au CA-CFAR conventionnel.

ALGORITHME DU DETECTEUR S-CFAR

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Les N cellule de références (Zk) Cellules de garde

Z α

α.Z

Comparaison entre les cellules de référence Z ) avec le Treshold (αZ)

Disposition des Zk dans

Non S1

Zk > α Z

Oui

Disposition des Zk dans

Calcul du Nbre de Zkdans

Non

Somme des N cellules

T1=β1/ N

Décision

no n o >N t

So

So

Oui

Somme des no cellules T0=β0/n 0

Comparaison du Seuil avec la cellule sous test

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME

SIMULATION DU DETECTEUR S-CFAR

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Récepteur Radar

Algorithme du SCFAR

16

PROBABILITE DE DETECTION DU S-CFAR

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Courbes obtenues par la méthode Monte - Carlo via Matlab

Probabilité de détection du S - CFAR , du CA - CFAR et de l ’ OS - CFAR en milieu homogène pour une P fa =10 -5 17

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME

SIMULATION DU DÉTECTEUR S-CFAR

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Comparaison des performances de détection entre l ’ OS CFAR et le S - CFAR en présence de 15 cibles interférentes 18

INTRODUCTION

PROBABILITE DE DETECTION DU S-CFAR

POSITION DU PROBLEME

SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION CONCLUSION

Courbes obtenues par la méthode Monte - Carlo via Matlab

S-CFAR OS-CFAR

CA_CFAR

Comparaison des performances du CA - CFAR , de l ’ OS CFAR et du S - CFAR pour différents N i et P fa =10 -5 19

IMPLEMENTATION

20

IMPLEMENTATION

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME SOLUTION PROPOSEE

IMPLEMENTATION CONCLUSION

Récepteur radar

Acquisition et filtrage sur DSP

Traitement de signal sur carte FPGA

Extraction et Visualisati on

21

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME

CONTRAINTES D’IMPLEMENTATION

SOLUTION PROPOSEE

IMPLEMENTATION CONCLUSION

Caractéristiques du radar ASR-9

Portée moyenne 60 nmi (1nmi ≈ 1.7 Km). Bande S ( 2.7-2.9 GHz). Largeur d ’impulsion 1.05s. Ouverture du faisceau est de 1.3°. Durée d’un balayage 4.8s. Fréquence de répétition de 1200Hz.

22

ARCHITECTURE D’IMPLEMENTATION DU S-CFAR

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME SOLUTION PROPOSEE

Clear1 6

IMPLEMENTATION CONCLUSION

and

Clear 10

and

Clear8

and

Clear 1

and

Échantillon entrant α

2

C

C

C

C

C

C

C

C

Disposition des résultats dans un tableau et calcul du nombre de « 0 » n0 Nt

1

C

Soustracteur

Soustracteur

Accumulateur

Accumulateur Additionneur

TS C

Décision

3

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME

RESULTAT DE LA SIMULATION TEMPORELLE DU CFAR IMPLEMENTÉ

S-

SOLUTION PROPOSEE

IMPLEMENTATION CONCLUSION

Cible seule

Cibles interférente s

Cas d’une seule cible et de trois cibles très proches pour Nt=8

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME

RESULTAT DE LA SIMULATION TEMPORELLE DU CFAR IMPLEMENTÉ

S-

SOLUTION PROPOSEE

IMPLEMENTATION CONCLUSION

Cible seule

Cibles interférente s

Cas d’une seule cible et de trois cibles très proches pour Nt=16

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME SOLUTION PROPOSEE

IMPLEMENTATION CONCLUSION

RESSOURCES MÉMOIRE UTILISEES

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME SOLUTION PROPOSEE

IMPLEMENTATION CONCLUSION

Pour effectuer le traitement du S-CFAR on aura besoin de 8 tops d’horloge. l’horloge dont nous disposons étant de 50 ns ,le traitement d’un seul échantillon se fera en 0.40 µs Etant donné que la PRF (Pulse repetition frequency) contient 800 échantillons , son traitement s’effectuera en 0.40µs * 800 = 0 . 32 ms . la fréquence de répétition est de 1200 Hz soit 0 . 83 ms , notre dispositif peut effectuer le traitement des échantillon en temps réel.

CONCLUSION

INTRODUCTION POSITION DU PROBLEME SOLUTION PROPOSEE IMPLEMENTATION

CONCLUSION

Le travail realisé dans ce projet couvre deux aspects ØL ’ aspect

algorithmique : Etude comparatif d’un nouveau dispostif de détection radar étant le Switching-CFAR

üGarantir de bonne performances de detection dans un environement d’interférence sévère. ØL ’ aspect optimisation de l ’ implementation : Implémentation efficace dece dispositif sur circuit programmable en utilisant une architecture optimale a conduit à un gain en ressources memoire. üL’architecture du dispositif proposé est facilement adaptable a d’autre type de radar de surveillance aérienne. Le surplus de ressources nous permettra d’augmenter la taille de la fenetre de référence pour améliorer d’avantage les performances du dispositif. 28

MERCI DE VOTRE ATTENTION