Cree su propio radar pasivo basado en SDR en Shula

Joel Carrasco
Joel Carrasco

Comencemos con una demostración. A continuación se muestra una animación de la medición de aviones y meteoritos que hice con un sistema de radar que construí con algunos dispositivos sencillos y fácilmente disponibles: dos programas RTL de $ 8 definieron dongles de radio que compré en eBay y dos antenas de período de protocolo. ¡Y consiga esto, el sistema de radar que construirá funciona escuchando las transmisiones existentes que rebotan en los objetivos medidos!

Escribí sobre esto en una publicación de blog muy corta hace unos años. Se pensó principalmente como una desagradable historia paralela para nuestro blog de radiotelescopio, pero al final despertó mucho interés. Dado que este era un tema que continúa generando preguntas, explicaré cómo hice el experimento con más detalle.

Se necesitarán algunas publicaciones para mostrar cómo construir un radar capaz de realizar estas mediciones. Esta primera parte es la descripción general. En publicaciones posteriores, revisaré diagramas de bloques más detallados de las diferentes partes de un sistema de radar pasivo, proporcionaré datos de muestra y algunos scripts de Python que se pueden usar para realizar el procesamiento de señales de radar pasivo. También exploraré estrategias para determinar que todo está funcionando como se esperaba. Todo esto puede parecer un gran esfuerzo, pero no se preocupe, hacer un radar pasivo no es demasiado complicado.

¡Empecemos!

Configuración de radar pasivo simple. Un transmisor de radio comercial de alta potencia ilumina los objetivos de radar, que en este caso son un avión y una pista de meteorito, que están orientados aleatoriamente para que el receptor pueda ver la reflexión especular. Se utilizan dos antenas: una antena mide lo que está transmitiendo el transmisor de radio y la otra antena se utiliza para registrar los ecos de los objetivos del radar.

El radar pasivo es un tipo especial de radar que no requiere que tenga un transmisor. Depende de un transmisor de radio proporcionado por otra persona para iluminar los objetivos del radar. Esta puede ser su estación de radio o televisión local que transmite con hasta varios megavatios de potencia. Las ventajas en comparación con el radar normal son muchas:

  • No necesita un transmisor, lo cual es bueno, porque los transmisores de radio de alta potencia son grandes, costosos, tienen mucha hambre y contienen partes peligrosas.
  • Ser un operador de radar pirata puede parecer emocionante, pero realmente no desea transmitir sin una licencia de la FCC. El radar pasivo le permite operar un radar con potencia de radio efectiva de clase de kilovatios o incluso megavatios, sin interrumpir ninguna ley o reglamentación.
  • Un sistema de radar pasivo es esencialmente multiestado. Una sola estación puede tener múltiples transmisores que pueden estar en diferentes ubicaciones. Esto permite evaluar las trayectorias tridimensionales de los objetivos del radar. Hay muchos objetivos de radar que tienen iluminación y ángulos de visión: secciones de radar sensibles. Un buen ejemplo es un eoo de seguimiento meteórico especular, que solo tiene una sección transversal de radar significativa solo cuando la combinación del ángulo de visión angular del ángulo de luz es una imagen de espejo especular. Con un sistema multiestático, existe una mayor posibilidad de que se vea un objetivo de radar de este tipo, ya que hay muchas direcciones de luz simultáneas diferentes que ocurren en un momento dado.
  • Hay muchos transmisores de radio: la televisión, la radio FM y la radio AM son los más obvios, pero las torres de telefonía móvil e incluso los satélites se pueden utilizar para el radar pasivo. Estos transmisores cubren una amplia gama de frecuencias, lo que es realmente útil para las radiotelesondas, ya que las características de propagación de radio y las propiedades de propagación de diferentes medios y objetivos de radar pueden depender de la frecuencia. Por ejemplo, si un objetivo de radar no tiene una sección de radar lo suficientemente grande en una frecuencia, es muy probable que otra frecuencia funcione mejor.
  • Imagen del experimento de radar pasivo de Watson-Watts y Wilkins, que detectó un bombardero Heyford en Daventry en 1935. Una de las antenas se utilizó para capturar la señal de carretera directa de la radio de onda corta de la BBC. Esta señal se retrasó luego para que estuviera desfasada y luego se usó para sustraer la señal de radio de ruta directa de la otra antena, dejando principalmente el radar antes de la aeronave.

    Si bien la mayoría de los sistemas de radar que conocemos hoy en día tienen un transmisor dedicado, la idea del radar pasivo está regresando. Uno de los primeros experimentos de radar podría clasificarse como radar pasivo. En 1935, Sir Robert Watson-Watt y su colega Arnold Wilkins presentaron el primer experimento de radar de seguimiento de aeronaves al detectar ecos de un avión bombardero Heyford iluminado por una transmisión de radio de onda corta de la BBC. La figura de la derecha muestra las dos antenas dipolo y el laboratorio móvil utilizado para realizar la medición. Este innovador trabajo fue la base del sistema de radar de alerta temprana de Chain Home, que salvó muchas vidas durante la Segunda Guerra Mundial.

    Existe una gran cantidad de aplicaciones no militares para radares pasivos. Me interesa el uso de radares pasivos para la teledetección por radio geofísica y astronómica. Un ejemplo de un sistema de radar pasivo exitoso utilizado para el sondeo de distancias geofísicas es el radar pasivo Manastash Ridge desarrollado en la Universidad de Washington, que solía estudiar las irregularidades ionosféricas producidas durante las tormentas geomagnéticas. En los últimos 15 años, la tecnología se ha vuelto mucho más accesible, lo que permite realizar tales mediciones con hardware de fácil acceso.

    El radar Manastash Ridge usaba radio FM para radar pasivo, que es probablemente el más fácil de comenzar, ya que la banda ancha de estaciones individuales es relativamente modesta. Con la radio FM, normalmente también puede observar no solo las irregularidades ionosféricas, sino también las huellas de meteoritos y los movimientos de las aeronaves que vuelan dentro de un radio de 100 a 600 km del suyo. En la siguiente figura se muestra una medición reciente que hice durante una tormenta geomagnética. Puede ver estructuras irregulares ionosféricas a gran escala que se mueven a través del campo de visión a 1000 metros por segundo asociadas con la aurora boreal al norte del receptor de radar pasivo.

    Un ejemplo de medición de radar pasivo de radio FM que muestra ecos de aeronaves e irregularidades ionosféricas observadas durante una tormenta geomagnética reciente. Se utiliza el código de color Rango-Tiempo-Intensidad-Doppler. La parte del espectro Doppler que se aleja del receptor se usa para determinar el valor del canal rojo, el desplazamiento Doppler bajo (la parte que no se mueve muy rápido) del espectro se usa para determinar la intensidad del canal verde. , y la parte del espectro con cambios Doppler que indican que el objetivo se está moviendo hacia el receptor se usa para determinar el canal azul. Los canales rojo, verde y azul se utilizan para formar un color RGB para cada píxel de tiempo de intervalo de la pantalla.

    La cuestión es que casi todo el mundo puede realizar estas mediciones por sí mismo. Es decir, si existiera un software gratuito para analizar los datos. Esto abriría la puerta a los científicos ciudadanos interesados ​​en una amplia gama de temas:

    • Estudios de meteoritos de meteoritos. El radar CMOR encontró 12 nuevas lluvias de meteoritos con solo mirar los radiadores de meteoritos. Si bien se trataba de un radar activo, se podía hacer lo mismo con un sistema de radar pasivo de televisión digital. El radar le permite observar muchos más meteoros de los que puede observar ópticamente.
    • Mapeo de las ubicaciones de las auroras boreales y la presencia de fuertes campos ionosféricos observando eos de irregularidades ionosféricas. Esto nos habla de la interacción entre el viento solar y el plasma alrededor de nuestro planeta.
    • Medidas de viento atmosférico utilizando medidas Doppler de huellas de meteoritos echas. Estos son buenos rastros del viento neutro en altitudes entre 90 y 110 km.
    • Si hubiera una red de radares pasivos en todo el mundo, habría un gran potencial para nuevos descubrimientos científicos.

      Hardware de ejemplo

      Sorprendentemente, se necesita una pequeña cantidad de hardware para construir un radar pasivo simple:

      • Computadora personal (dos núcleos más nuevos que los de cinco años son suficientes).
      • Radio definida por software de dos canales.
      • Dos antenas.
      • A continuación se muestra un ejemplo de un par de antenas receptoras utilizadas para un radar pasivo de radio FM. Ambas antenas son antenas de período de protocolo que tienen una banda ancha por naturaleza, pero también tienen alguna dirección. Una de las antenas apunta hacia el transmisor de radio FM y se utiliza para obtener una medida de la forma de onda transmitida por el radar. El otro apunta en la dirección opuesta y se usa para medir quesos. Todas las medidas de muestra que se muestran en este artículo se realizaron utilizando estas antenas.

        Antenas unidireccionales para el nodo receptor de radar pasivo en el Observatorio Haystack del MIT.

        Las señales de estas dos antenas deben registrarse de manera coherente. Esto significa que necesitamos dos canales con muestras alineadas. Por lo general, esto se logra utilizando un reloj común que se utiliza como referencia para las etapas de conversión descendente y los transformadores analógicos a digitales. La siguiente imagen muestra dos posibles dispositivos portátiles que se pueden utilizar para un radar pasivo. A la izquierda hay un sistema de dongle dual modificado RTLSDR R820T, ¡que pirateé por $ 16! A la derecha hay una radio definida programada USRP N200 con un sintonizador de dos canales TVRX2 secundario. Una advertencia antes de apresurarse a implementar el enfoque RTLSDR: hay ajustes sutiles que deben hacerse para que todo funcione, que implican alinear muestras y alinear las frecuencias centrales de los dos flujos de datos. El rango dinámico limitado también hace que sea mucho más difícil realizar buenas mediciones desde el sistema, ya que los niveles deben ajustarse cuidadosamente para obtener suficiente señal en el receptor evitando la compresión o el recorte de la señal. ¡Pero se puede hacer si tienes suficiente paciencia! Intentaré compartir cómo son estos cambios en la próxima publicación.

        Para obtener una mayor fidelidad de un sistema de radar pasivo, es recomendable tener un preamplificador y un filtro paso banda entre la antena y el radio definido por software para reducir el ancho de banda contaminando las medidas y aumentar los niveles de señal para que sean más adecuados para el receptor.

        dos dongles RTLSDR R820T modificados para compartir un oscilador común. Dos receptores digitales alternativos utilizables para radar pasivo USRP N200 con placa secundaria TVRX2 capaz de medir dos canales del receptor

        Procesamiento de la señal

        Para obtener ecos de radar pasivos, necesitamos aplicar algún procesamiento de señal a las señales digitales registradas por el hardware. Primero debemos quitar la señal de carretera directa fuerte para que podamos observar los eoeses más débiles. Robert Watson-Watt y Arnold Wilkins simplemente usaron una señal de fase opuesta para cancelar la señal de ruta directa en su primer experimento de Daventry. El procesamiento de señales moderno puede hacer esto mucho mejor, no solo eliminando la señal de ruta directa del transmisor, sino también los reflejos de las laderas de las montañas y otros grandes propagadores que podrían enmascarar señales de interés más débiles. Esto se hace usando una técnica de procesamiento estadístico bien conocida llamada estimación de mínimos cuadrados lineales para descomponer la fase y amplitud de la señal de carretera directa y los eoesos de montañas y otros propagadores estacionarios fuertes (también llamados desórdenes de radar).

        Una vez que se han evaluado la fuerte señal directa de la carretera y el caos, se puede restar de la señal medida y se puede realizar el procesamiento de la señal para evaluar los efectos más débiles de las aeronaves o meteoritos. Debido a que sabemos que los objetivos más débiles que nos interesan tienen un desplazamiento Doppler y una dispersión Doppler significativos, no podemos hacer la misma suposición de objetivo inmóvil que nosotros hecho para el desastre. Sin embargo, aún podemos suponer que el objetivo tiene un espectro Doppler en propagación que no cambia durante un tiempo lo suficientemente largo como para permitirnos estimar el espectro Doppler gamma. Esto nos permite realizar un desdoblamiento de la función de autocorrelación del eoo recibido. Esto es algo que se llama inversión de perfil tardía. Aunque esto suene complicado, realmente no lo es.

        Una vez hecho todo esto, podemos conspirar los resultados. Si ve aviones, su radar está funcionando. Si bien los aviones son observables por radar aburridos, son con mucho los más fácilmente visibles y están allí de forma permanente. Los meteoritos son más transitorios, pero también deberían ser relativamente fáciles de medir si sabes qué buscar. Aparecen como destellos rápidos con cambios Doppler casi nulos.

        Esquina de llegada

        Interferometría de dos antenas con sistema de radar pasivo. El eoo llega en momentos ligeramente diferentes a las dos antenas, que se pueden utilizar para determinar el ángulo de llegada.

        También hay muchas variantes diferentes de radar pasivo de radio FM factibles. Por ejemplo, al agregar una tercera antena al sistema, se puede realizar un ángulo de dirección de llegada al buscar inspeccionando la diferencia de fase (tiempo de llegada) entre dos antenas receptoras separadas entre sí. El siguiente video muestra una diferencia de fase medida por dos antenas receptoras diferentes. En este video, la diferencia de fase entre las dos antenas se usa para seleccionar el color del píxel (tono) y la fuerza e echa se usa para colorear el brillo del píxel. Nuevamente son visibles muchos planos y eos meteóricos especulares.

        Eso es todo por esta publicación. En próximas publicaciones profundizaré en cómo funciona el radar pasivo en la práctica.

        Soy un friki de la radiociencia al que le encanta trabajar con radares y otras técnicas de teledetección. He estado programando computadoras y me dedico a la electrónica desde que era niño. Realmente comencé a diseñar y construir instrumentos de radio telesonido mientras trabajaba en mi doctorado titulado: “Sobre la teoría estadística de las mediciones de radar” (encuentre un enlace en mi sitio web). No estaba feliz escribiendo ecuaciones de medida, quería probar cosas en la práctica. Actualmente estoy trabajando en el Observatorio MIT Haystack, donde estoy investigando una serie de temas interesantes, que incluyen, entre otros: mediciones de radar de alta potencia con una gran apertura de la ionosfera, meteoros y objetos planetarios; radar pasivo, radar de ondas decamétricas de espectro ensanchado de clase milwave, calentamiento ionosférico de clase megavatio, teledetección ionosférica a través de satélites de navegación global y radioastronomía. He publicado dos proyectos de código abierto que transforman su radar definido por software en un instrumento de radio telesonido: GNU Chirp Bell, que le permite escuchar a través de los radares horizontales y tuitear sondas de iones en todo el mundo; y el receptor de tomografía ionosférica GNU (Jitter), que le permite determinar la integral lineal de una densidad de electrones ionosféricos escuchando balizas coherentes de 150/400 MHz en satélites.

        • Paranoia OPSEC ☠ (@DoktorJeep) dice:

          ¡Ésto es una cosa buena!

        • Niobe dice:

          Esto me recordó por qué leí publicaciones en la-tecnologia. Más sobre eso, por favor.

          • Marcus M. dice:

            Enchufe desvergonzado y desvergonzado: es posible que desee leer las Pautas guiadas por radio de GNU, https://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/Guided_Tutorials. Explican cómo puede desarrollar aplicaciones SDR complejas en poco tiempo 🙂

            Debo admitir, Juha, que fue un trabajo documental y de desarrollo impresionante.

            • Juha Vierinen dice:

              No te preocupes, entraré en el tema de gnuradio más tarde.

              • Marcus M. dice:

                No te preocupes 🙂 Más totalmente impresionado.

        • José dice:

          Esto es algo grandioso. Espero leer los siguientes artículos.

        • Ronnie dice:

          ¡Gracias! ¡Espero aprender más!

        • Brian dice:

          ¡¡¡Esto es asombroso !!! Necesito obtener otro SDR

        • bthy dice:

          gran escritura, buen material.

        • el gancho dice:

          ¡Me alegro mucho de leer esto! Hacer esto en 3D en tiempo real de forma continua y me desconcertó durante unos años y me ayudó a aprender MUCHAS matemáticas. p.ej. con solo dos receptores adicionales, podría colocar su antena en un tetraedro, un simple espacio de 3, por lo que debería poder recuperar las posiciones de la señal si conoce la velocidad de la luz y tiene un reloj preciso en su línea de visión; como un estándar de frecuencia de hidrógeno que emite una señal de tiempo alrededor de 60 kHz. =)

          Aparentemente, todo el alboroto sobre Perleman equivale a una comprensión completa del espacio tridimensional, por lo que no hay ninguna razón teórica por la que no se pueda hacer. En el aspecto práctico, los escáneres CT, con los que HaD ya está familiarizado, han llevado a técnicas digitales realmente efectivas, por lo que ni siquiera tiene que ser computacionalmente imposible hacer esto. Ver http://en.wikipedia.org/wiki/Hough_transform#3-D_Kernel-based_Hough_transform_for_plane_detection_.283DKHT.29

          No sabría qué hacer con esta técnica, incluso si de alguna manera lograra entender todas las matemáticas, construir un convertidor push up para un estándar de tiempo e implementarlo en OpenCL / GL … probablemente lo convertiría en un VR proyecto de arte para que la gente lo compre. : pag
          Sin embargo, es un buen ejercicio para la materia gris considerar esto, ¡y estaré esperando la próxima entrega! = D

          • bthy dice:

            ¿No es la línea de hidrógeno alrededor de 1420 MHz?

            • el gancho dice:

              Los relojes de radio transmiten a frecuencias mucho más bajas:
              http://eo.wikipedia.org/wiki/Radio_clock

              Piénselo, podría ver cómo construyen esas cosas para aprender a difundir buenas cualidades de señal.

        • Es Rogers dice:

          ¡Buena pelea!

        • Tracy dice:

          Si tuviera que utilizar una transmisión estéreo de FM, ¿podría emitir el tono del piloto estereofónico de 19 KHz para obtener una señal de referencia mucho más limpia? ¿Ayudaría eso cuando el sonido es silencioso? Creo que también ayudaría con el cambio Doppler.

          • Tracy dice:

            Continuando con el piloto de 19 KHz … no estoy seguro si la secuela es correcta.

            Cada antena podría disponerse con un PLL que compartiera el mismo reloj de referencia de 19 KHz. Luego, podría suministrar la salida de ambos PLL a un tercer PLL para obtener mediciones del ángulo de fase.

            • Jay Salsburg dice:

              El piloto de onda continua de un transmisor remoto no se puede utilizar como reloj o sincronizador PLL para estabilizar una base de tiempo local. Disponible como dispositivo independiente, el popular marcador GPS de 1 segundo se utiliza para estabilizar los relojes del oscilador local. PLL está sincronizado con el tic para forzar al oscilador local a desviarse. Debido a que no hay pulso síncrono del Stereopilot, no se puede utilizar como reloj. Los relojes deben ser objetos locales; Cuanto más alejada esté la base de tiempo de la fuente de reloj, mayor será la posibilidad de error, desviación o ruido de fase. La opción de usar el marcado GPS para interferometría de línea de base larga se realiza en Radioastronomía, pero solo con mucho cuidado (gasto), y algunos muy buenos Relojes Hydrogen Maser, ciertamente no en tiempo real.

            • Jay Salsburg dice:

              Si no sabe cómo funcionan los PLL, simplemente, son circuitos no lineales complejos que consisten en un filtro de paso bajo, un comparador de 2 entradas, una o más calculadoras programables y un oscilador de voltaje controlado / numérico. Para prescindir de una tediosa descripción de circuito, el 1PPS de la constelación GPS se utiliza para comprobar la precisión numérica de la base de tiempo del Contador PLL Maestro una vez por segundo. Si el cálculo es demasiado alto o bajo, el Contador está programado para ajustar la frecuencia / fase del oscilador, reduciendo el funcionamiento del oscilador (pero no perfectamente). Se pueden sincronizar múltiples osciladores con diferentes frecuencias al 1PPS simultáneamente dividiendo el oscilador local en Master SDR. Así es como funciona SDR (RADAR y Radioastronomía) para sincronizar con múltiples bases de tiempo usando múltiples receptores y / o transmisores. Lo que no se suele mencionar es que estos DEG están físicamente cerca. Por lo tanto, se requiere una base de tiempo controlada por FPGA en cada unidad para mantener múltiples fases basadas en el tiempo conectadas en una sola pesadilla de 1PPS, comando y control de lo contrario.

          • Marcus M. dice:

            El problema es que con el piloto solo, solo obtienes un seno continuo, excelente para evaluar el Doppler por el contrario, pero no tanto para la distancia. De hecho, su resolución mejora con mayor ancho de banda. Piénselo de esta manera: el algoritmo de Juha puede hacer coincidir la energía recibida con un punto en el rango / velocidad. Cuanta más energía pueda observar un algoritmo, menos aleatoria (debido al ruido) será la estimación.

            • Juha Vierinen dice:

              Realmente no importa que el reloj de muestra RTL sea una mierda porque ambos canales se convierten y muestrean con el mismo reloj. La diferencia de fase relativa entre canales es muy pequeña.

              El black metal noruego, que es esencialmente ruido blanco, sería la mejor banda sonora en una estación de radio FM. Una forma de onda de radar aún mejor es cualquier cosa digital, ya que normalmente tiene una forma espectral plana en toda la banda que ocupa. Esto tiene como objetivo obtener bits de manera óptima a través del medio, que es un objetivo similar al de minimizar la varianza de la estimación del objetivo del radar.

              En el video de arriba, los objetos puntuales se propagan cuando hay una pausa en la música y el sonido de frecuencia modulada se convierte esencialmente en una portadora no modulada. Esto socava la ambigüedad del rango porque una onda portadora (esencialmente una constante en una banda base) tiene una función de autocorrelación plana. El ruido blanco (metal negro), por otro lado, tiene una función de autocorrelación muy marcada.

              • el gancho dice:

                Psst. https://github.com/steve-m/kalibrate-rtl

              • Jay Salsburg dice:

                Até con éxito 2 Dongle juntos, un reloj movió al otro después de quitar con cuidado su cristal. El truco para una división estable y confiable de relojes de un dongle a otro es agregar un condensador de RF muy pequeño a la salida de cristal del dongle fuente para poder conectar su salida a la entrada de cristal del otro dongle. El condensador transmite la señal del reloj sin cargar el oscilador de fuente. Sin embargo, es muy importante elegir el valor apropiado del condensador de acoplamiento, demasiado grande cargará el oscilador, demasiado pequeño la integridad de la señal al sintonizador esclavo es baja.
                El capacitor se ve en el dongle derecho debajo del cable coaxial en el pin de cristal derecho, en el dongle izquierdo el coque está conectado al pin de cristal izquierdo (después de que se quita el cristal). La elección de la coquización también es importante, el Teflon low C es el utilizable. Capacitancia errante del mal un señuelo provoca inestabilidad de fase. La capacitancia parásita subpicofaradio causa un cambio de fase. Los dongles también deben estar cerca, pero no demasiado, y físicamente paralelos, no uno contra el otro. El reloj de resorte coaxial debe conectarse cerca del cristal, ambos extremos del cable coaxial están conectados a tierra, no deje que el escudo coaxial del fregadero. Por foto …
                http://www.salsburg.com/radar/uploads/IMG_5234.jpg

                http://radar.salsburg.com/index.php?p=/discussion/4/software-defined-radio

                Cuando se utilizan transmisiones de transmisión de radio FM estándar. En los Estados Unidos, la mayoría de las ciudades importantes tienen al menos una estación que transmite Digital HD FM. Esta fuente de energía modulada constante parece pasarse por alto para el RADAR pasivo. Estas transmisiones digitales parecen ideales para superar las dificultades de la ambigüedad de alcance. Cada transmisor transmite 2 señales digitales de 100 KHz de ancho, cuya amplitud no varía y está llena de muchas portadoras constantes y una modulación muy densa. Escuchándolos con un receptor superheta “Analógico”, suenan como un ruido blanco. Examinándolos de cerca por FFT, parecen muy adecuados para Variación, quizás con una precisión de 1500 metros.

                • Juha Vierinen dice:

                  Gracias por la útil ayuda. Me alegro de que hayas trabajado.

                  También estaba pensando en utilizar las transmisiones digitales de FM. No los he probado todavía, ya que tienen menos potencia de transmisión que la FM analógica, pero la forma de onda sería mejor.

                • Ahmed Azhad dice:

                  ¿Cuánta capacidad sería apropiada?

              • Hacha dice:

                Y así, el radar Manastash Crest usa KISW 99.9 (estación de rock de Seattle) como transmisor activo. Ahora me río entre dientes casi cada vez que enciendo la radio. (Poco saben estas cabezas de metal que contribuyen a la ciencia … mu ja ja ja)

                • Jay Salsburg dice:

                  Debo señalar que el radar Manastash Crest es más un RADAR predispersado que un RADAR pasivo (Bistata), aunque lo hacen después de procesar los archivos grabados para el cálculo de Doppler / Rango. Este RADAR es un caso muy especial (caro) basado en condiciones locales especiales donde los Receptores de Referencia / Reloj están separados por montajes, haciendo que los productos de los receptores estén casi por encima del horizonte entre sí.

        • AF6LJ dice:

          Esta mejorando;
          Los aviones grandes producen excelentes reflectores pasivos para comunicaciones de radio UHF / UHF de largo alcance.
          Puedes encontrar en Internet dónde están los aviones grandes al mismo tiempo. 🙂

        • Hirudinea dice:

          Solo una pregunta, si un avión secreto pasara entre el proyector trasero de la siguiente lluvia de meteoritos y el receptor, ¿no aparecería como un “agujero” en la señal devuelta?

          • 2FTG dice:

            No en VHF. La mayor parte de la estufa “secreta” está dirigida contra un radar de microondas. Las viejas ruedas VHF los ven perfectamente bien.

        • onebiozz dice:

          ¡Quería que volviera a desempolvar mi sdr!

        • Jeff Sponaugle dice:

          Juha,
          ¿Sería posible utilizar dos HackRF porque tienen un reloj de entrada / reloj para la sincronización?

          • Michaelossmann dice:

            Sí, esta es una gran aplicación para la sincronización del reloj HackRF. Es muy divertido que también se pueda hacer con sintonizadores de TV pirateados.

          • Juha Vierinen dice:

            No sabía que hackrf tiene esa característica. Podrías hacer todo esto con dos hackrfs si puedes sincronizar sus relojes. No tengo ni uno, así que no puedo probarlo yo mismo.

            • Robert Wood dice:

              Te enviaré mi hakrf si puedes sacudir otro para experimentar. No tengo el tiempo ni la habilidad para hacer justicia al hardware, sería bueno verlo usado para algo realmente interesante.

              • Jeff Sponaugle dice:

                Con mucho gusto te enviaría un Juha también, porque tengo un par de ellos.
                Jeff

                • Juha Vierinen dice:

                  Gracias por la generosa oferta Jeff y Robert. Primero intentaré ver si puedo pedir prestado algo a algunos amigos. Me comunicaré contigo si necesito una necesidad “desesperada”.

        • guerrero de medianoche dice:

          ¡Esto es asombroso! Definitivamente intentaré este cuando tenga tiempo.

        • Tesloev dice:

          ¡Gran publicación y buena dirección de investigación! Vale la pena dedicar tiempo a este trabajo y participar en cualquier actividad sensorial atmosférica. Me pregunto cómo las mediciones detectan cualquier tipo de dielectricidad (convergencia eléctrica, como la define Heaviside). ¡Esperando tu próxima publicación!

        • Cierto dice:

          Estoy pensando en voz alta aquí para ver si lo que creo que entiendo es de alguna manera correcto.
          velocidad de la luz en el vacío c = 299792458 m / s
          El índice de refracción del aire es de aproximadamente 10003.
          la velocidad de la luz en el aire es de aproximadamente 299700000 m / s
          La muestra de prueba RTL-SDR es de 2,4 MHz (sin liberación de muestra)

          ¿La resolución de distancia es 1 muestra? (417ns o ~ 125 metros)?

          • Juha Vierinen dice:

            Casi. La señal viaja al objetivo y regresa. Debido a que es casi un radar monoestático, la resolución de la distancia es de aproximadamente 1,5 km. La ecuación es delta r = c / (2b). Yo uso b = ancho de banda de 100 kHz. Esto está principalmente limitado por el ancho de banda de transmisión de la estación de radio FM alrededor de 100 kHz.

            Con la televisión digital puede obtener una mejor resolución de distancia, ya que el ancho de banda de transmisión es mucho mayor, 62,5 metros con el ancho de banda máximo de 2,4 MHz del dongle rtl.

            • Cierto dice:

              Bueno, entonces todo sucede en el control de frecuencia, y estás buscando cambios Doppler (lo que significa que los objetos deben moverse para ser detectados). El desplazamiento de fase le da la distancia y el desplazamiento Doppler le da la velocidad.

              Entonces, ¿está bajando 2.4MSPS a 100kSPS para obtener 13.5dB adicionales (6dB es 1 bit, entonces 2.25 bits adicionales, 10.25 bits en total) de rango dinámico?

            • Darek dice:

              La señal de TV digital es agradable para la resolución remota, pero su función ambigua no es tan brillante. En la mayoría de los casos, la DTV es una red de frecuencia única que hace que sea bastante difícil “desenredar” una verdadera posición objetivo en una configuración de varios estados. Con respecto a un sistema PCL que investiga un transmisor de FM: la señal directa proveniente del transmisor al canal de referencia también ilumina el canal de medición (asumiendo que el receptor de referencia está conectado al canal (s) de medición) causa enmascaramiento de eoes débiles (usemos un filtro adaptativo para eliminar la señal de referencia fuerte para la señal de medición. ¿Por qué un filtro adaptativo? Porque todo el entorno es un sistema que varía en el tiempo).
              Para obtener un rango de detección decente, necesita un convertidor ADC con suficiente rango dinámico. He descubierto que el ruido de fase del VCO local también juega un papel importante en el rendimiento del sistema. (http://eo.wikipedia.org/wiki/Passive_radar).
              Bien hecho y diviértete.

              Hola,
              Darek

              • Juha Vierinen dice:

                ¿Qué quiere decir con “la señal de TV digital es agradable para la resolución remota pero su función ambigua no es tan brillante”? ¿Es la ambigüedad del rango muy larga quizás en una dirección Doppler? Realmente nunca he jugado con DTV, pero planeo hacerlo en el futuro. No me importa la falta de pares de receptor-transmisor multiestático. Para las rutas meteorológicas, se requiere interferometría para el ángulo de llegada debido a una sección transversal de radar muy similar.

                He escuchado que el ruido de fase y el rango dinámico de ADC es un factor importante para PCL. Siento que no son tan restrictivos como la gente piensa. Con un rango menos dinámico, debe tener más cuidado de no comprimir ni recortar nada. Cosas como la eliminación adecuada de la compensación de CC son importantes, especialmente para el dongle RTL. Para mi gran sorpresa, pude obtener básicamente el mismo rendimiento con un ADC de 8 bits y un dongle de $ 8 que con un ADC de 14 bits y un reloj mucho mejor.

                Procesas mucho filtrando y decodificando digitalmente los eoes. He explorado el problema del ruido de fase usando ecuaciones y no importa cómo las escriba, los términos del ruido de fase no son tan malos si ambos canales comparten la misma realización del ruido de fase. Si se trata de un ruido de fase de canal cruzado (por ejemplo, dos cristales independientes con diferente ruido de fase cercana), entonces veo cómo puede ser un problema.

                ¿Hay alguna publicación que pueda señalarme que discuta los límites inherentes al radar pasivo causados ​​por el ruido de fase o el rango dinámico del ADC para la acción del radar pasivo? Me gustaría ver algunas ecuaciones para ver lo que no pude incluir en mis ecuaciones.

                Utilizo algo equivalente al filtro adaptativo. En lugar de determinar un filtro que minimiza una señal de ruta directa y desordenada en el canal de medición, descompongo mediante ecuaciones matriciales directas un objetivo alargado con coherencia de 1 segundo. Esto significa que cada segundo obtengo una evaluación diferente del camino recto y el entorno desordenado que luego resto del canal de medición.

                • Jay Salsburg dice:

                  Radar con pantalla de radio FM – IEEExplore
                  Técnicas y sistemas avanzados de radar: Peter Peregrinus Ltd., Institución de ingenieros eléctricos, ISBN 0 86341172 X
                  Principios del radar moderno, vol. II: Técnicas avanzadas – SciTech, ISBN 978-1-891121-53-1 (libro de tapa dura), ISBN 978-1-61353-024-5 (PDF)

              • Jay Salsburg dice:

                Por favor, si está buscando un lugar coherente pasivo, no use el acrónimo PCL, es confuso como la mayoría de los acrónimos.

                • Darek dice:

                  Ene,
                  La discusión sobre el nombramiento comenzó hace algún tiempo. Finalmente, se aceptaron los términos PBR (Passive Visual Radar) y PR (Passive Radar) [1]. Todavía uso el antiguo acrónimo de vez en cuando 🙂

                  1. NJ Willis, HD Griffiths. “Avances en Radar Bistata”, SciTech, 2007.

        • Daniel dice:

          ¡Estupendo! Esperamos su próximo post.

        • Dinosaurio dice:

          Realmente gran tema, ¡y lectura también! Después de una implementación exitosa de GNU Chirp Sounder, espero con ansias las próximas publicaciones para este proyecto.

          • Juha Vierinen dice:

            ¡Me alegra saber que inició la investigación!

        • x86_g (@ x86_g) dice:

          ¡Estupendo!

        • Sr. Nombre Requerido dice:

          La gran serie de la BBC “La guerra secreta” realizada en 1977 cubrió el experimento de detección de Watson-Watt e incluso lo recreó con uno de los investigadores originales. participativo. Aquí, en el segundo episodio “Para ver cien millas”, que comienza alrededor de las 9:20 en https://www.youtube.com/watch?v=ZPwDicTQVBo

          • Juha Vierinen dice:

            Eso es genial. Nunca he visto esto antes. ¡Arnold Wilkins rehace el experimento clásico!

        • Tomás Kaminskas (@tomaskaminskas) dice:

          ¿Alguna posibilidad de ver una segunda parte de esto? Demasiado cansado para actualizar constantemente esta página mientras espera la nueva parte.

          • Juha Vierinen dice:

            Estoy trabajando en ello. Mi valoración es que en unas dos semanas publicaré la segunda parte. Las vacaciones y los viajes a veces te impiden hacer cosas realmente divertidas. Gracias por el interes

            • Hank Corbett dice:

              Gracias por tu tiempo para compartir esto.

            • Tomas Kaminskas dice:

              ¿Alguna novedad hasta ahora? 🙂

            • Jeff dice:

              ¿Se publicó la segunda parte? No lo encuentro.

        • Kimmo Lehtinen dice:

          Hola

          Hace mucho tiempo utilicé un método de “propagación hacia adelante” para detectar meteoros. Escuché una señal de video de una estación de televisión rusa a unos 49,7 MHz. Los efectos del Doppler debido a los fuertes vientos en la atmósfera superior eran claramente visibles en el espectro auditivo.

          Tengo algunas preguntas:

          1) Suponga que la señal * directa * del transmisor no es medible. ¿Sigue funcionando el sistema descrito por Juha?
          Creo que no puedo alcanzar la distancia del objeto en este caso.

          2) Supongamos que quiero detectar meteoros en cualquier parte del cielo, por lo que necesito una antena con un haz (casi) isotrópico, no una antena direccional.
          ¿Es eso factible o necesito una gran cantidad de antenas (isotrópicas) para tener suficiente área de recolección? Por otro lado soy
          está interesado en conocer la posición del meteoro en el cielo (interferometría), por lo que todavía necesito varias antenas.
          Por supuesto, la viabilidad depende de la potencia del transmisor …

          3) ¿Qué tal usar radares militares como transmisores? Hay una estación de radar Lekhtusi en Rusia, cerca de la frontera de Finlandia y apuntando a Finlandia. ¿Conoce la frecuencia y potencia de estas estaciones?

          hura, Kimmo

          • Jay Salsburg dice:

            2) Se requieren antenas unidireccionales para la recepción. El cálculo de Doppler y Rango se basa en varias cosas; Lo más importante es el ancho de banda y la complejidad de la energía emitida, cuanto más amplia y compleja, mejor. Los meteoros se dispersan y se degradan a medida que aumenta la frecuencia. La propagación de meteoros es un fenómeno atmosférico que se produce mejor a unos 30 MHz. Sin embargo, RADAR es mejor en frecuencias varias octavas por encima de esta. Las señales de televisión digital son lo suficientemente potentes como para recibir el sudor de un meteorito. Más antenas receptoras se traducen en más receptores y exponencialmente más informática. Es posible obtener imágenes tridimensionales con un conjunto de al menos 4 antenas de 2 transmisores, pero esto no es adecuado para el aficionado; la cantidad de receptores y el tamaño y la cantidad de archivos es enorme. Se necesitan velocidades de computación de supercomputación, sin importar las propiedades de las antenas. Alguien necesita experimentar con GPU Computing. La computación en tiempo real y la visualización de RADAR pasivo es un problema de dinero, las computadoras y los receptores necesarios para hacer la computación no serán baratos. Se necesitan algoritmos y todavía no parecen estar disponibles para procesar los archivos grabados a cero y procesar solo las señales interesantes, por lo que los cálculos no serán tan intensos. Procesar toda la sesión de grabación consume tiempo, no tiempo real.

          • Jay Salsburg dice:

            3) El uso de señales de RADAR militares en una aplicación de RADAR pasivo es posible, pero no práctico. Las señales de RADAR de tráfico aéreo y meteorológico tienen una frecuencia demasiado alta y son demasiado periódicas para ser fiables para la detección de meteoros con RADAR pasivo, es decir, a menos que usted sea el operador del RADAR Set. El Lekhtusi RADARr se puede utilizar para el RADAR de dispersión hacia adelante. Su frecuencia es probablemente lo suficientemente baja como para reflejarse en las trayectorias de los meteoros a grandes distancias. Sin embargo, el RADAR probablemente esté modulado para hacerlo más eficiente, lo que ofrece problemas de detección para Meteor Scatter.

        • Jay Salsburg dice:

          Intentaré responder a tus preguntas …
          1) RADAR pasivo, necesita una antena y un receptor en línea de visión directa al transmisor. Cuanto más clara sea la imagen de la señal del transmisor, mejor; la menor cantidad de reflejos multitrayecto y de tierra. Alguna carretera se puede filtrar si es fija y fija como la de una montaña o un edificio. La distancia etiquetada técnicamente como “Alcance” es un cálculo aplicado a las señales de al menos 2 antenas receptoras y 2 receptores, en función de la distancia al transmisor, para calcular la distancia al objeto de interés. Ver mi foro. radaro.salsburg.com

          • John Sahr dice:

            Jay, perdón por mi respuesta fuera del tema. Anteriormente, en los comentarios, mencionó que el radar Manastash Crest era principalmente un sistema de dispersión hacia adelante. A pesar de que recoge el spread hacia adelante, fue diseñado para ser un spread cuasi-back. El receptor de señal débil está a unos 100 km del transmisor, pero el objetivo (dispersión de auroras) se encuentra a 350-1150 km al noreste. Por lo tanto, aunque la línea de base es grande, es, no obstante, una extensión cuasi retroactiva en su operación prevista.

            También descubrimos que los radares pasivos pueden tolerar relojes asíncronos, siempre que los relojes estén cerca de la frecuencia y sean estables. Esto se debe a que puede sincronizar numéricamente los datos buscando un trastorno de conexión a tierra y eliminando cualquier cambio Doppler restante. Recuperamos con éxito una base de datos de Seattle – Spokane en 2002, cuando el receptor GPS de Spokane falló … Es útil tener GPS, pero no es necesario.

            Lo que esto significa es que probablemente podríamos reemplazar todos los receptores MRR con algunos USRP y funcionar tan bien como el equipo anterior.

            John Sahr, Radar de UW / Manastash Ridge.

            • ir a dónde dice:

              ¿Puedo modelar / simular un radar biestático pasivo, en MATLAB, por favor ayúdenme?

              Gracias

        • Christian Wolff dice:

          ¿Podrías hacer una guía para el radar pasivo casero de este artículo para el tutorial de radar? (http://www.radartutorial.eu)

        • Margot Paez (@ vansgirl12) dice:

          Realmente fue un error que el autor no siguiera y publicara las otras partes en esta entrada. ¡Por favor reconsidera! Este es un tema realmente interesante.

        • Robert Gast dice:

          También leí esto pensando que el código DSP se publicaría y explicaría: /

        • Herrero dice:

          ¡Esperando ansiosamente el código Python y la descripción de los cambios de nivel necesarios, etc.!

        • Stan Stone dice:

          Muy interesante. Me imagino que Juha está ocupada con su investigación, pero eso es realmente atractivo. También espero que encuentre tiempo (y sé que eso lleva tiempo) para agregar más material.

        • Tommy Indra dice:

          Grandes cosas para un proyecto de radar pasivo, espero que Juha tenga tiempo para compartir otra parte de su investigación. Aún está pendiente una actualización.

        • Miguel dice:

          Quizás la señal más fuerte de una estación de referencia de funcionamiento continuo (CORS) local, que es parte de una red de estaciones base de posicionamiento cinemático en tiempo real (RTK), que emite correcciones de sistemas de navegación por satélite global (GNSS), sería un buen candidato para el transmisión de línea de base, ya que también proporciona una referencia de tiempo estándar.

        • Dunde Venu dice:

          gran trabajo !!!

        • Gary dice:

          Como HAM, esto me parece muy interesante. Saber si la propagación de un meteoro ayuda a transmitir distancias sería una adición bienvenida a mi cobertizo de radioaficionados.

        • Emmett Conrecode dice:

          Hola, he pensado durante mucho tiempo que un sistema de radiogoniometría simple para radares de banda K ayudará enormemente a los veleros a evitar colisiones. Si bien el radar es excelente en esto, es muy poderoso porque la mayoría de los veleros pequeños no los tienen e incluso los veleros más grandes no los usan mientras están en la carretera de acuerdo con su presupuesto de energía. ¿Alguien sabe si esto se hizo como bricolaje? Gracias

        • mamá dice:

          Hola Juha … dijiste que en una publicación posterior revisarás diagramas de bloques más detallados de las diferentes partes de un sistema de radar pasivo, darás datos de muestra y darás algunos scripts de Python utilizables para realizar el procesamiento de señales de radar pasivo … todavía esperando el publicaciones ..

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