Bayesian Processors of Radar Signals for the Skyguard Radar System of the Ecuadorian Army

Authors

Keywords:

Radar Systems, Skyguard, Moving Target Detection, Autoregressive Processors, Adaptive Filters

Abstract

This paper talks about the implementation of an advanced Bayesian digital signal processor applied on the Skyguard Ecuadorian’s army radar. This new auto-regressive processor uses adaptive filters for clutter cancelation, allowing its implementation in general purpose hardware. The proposed processor is tested both in a simulated environment and using real signals obtained from the Skyguard Radar. Using a signal-to-clutter rate lower than 0 dB with a probability of detection higher than 90% the Receiver Operating characteristic Curves for Moving Target Indication, Moving Target Detection and the processor proposed here were obtained. The proposed auto-regressive processor presents a gain of 13 dB compared to the Moving Target Indication processor, and a performance similar to the Moving Target Detection processor with a significant computational cost reduction.

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Author Biographies

Fernando Lara, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE

Fernando Lara nació en Quito, Ecuador, el 30 de diciembre de 1995. Obtuvo el grado de Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones, en la Universidad de las Fuerzas Armadas. Actualmente cursa el programa de Maestría en Investigación de Electrónica (Telecomunicaciones - ESPE). Sus intereses de investigación son procesamiento digital de señales, procesadores de radar y procesamiento de señales con técnicas de aprendizaje computacional.

Marcelo Ortiz, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE

Marcelo Ortiz, nació en la ciudad de Quito, el 15 de marzo de 1994. Obtuvo su grado de Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE (2019). Fue participe en el Proyecto Modernización del Procesador del sistema antiaéreo Oerlikon Skyguard. Sus áreas de interese son procesamiento de señales y redes de datos.

Enrique V. Carrera, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE

Enrique V. Carrera se graduó como ingeniero electrónico en la ESPE (Ecuador) en 1992, obtuvo su maestría en ingeniería eléctrica en la Universidad Católica de Rio de Janeiro en 1996, y en 1999 obtuvo su título de Doctor en Ciencias en la Universidad Federal de Rio de Janeiro. Fue investigador invitado en la Universidad de Rochester, EEUU, en 1999. Del 2000 al 2004, fue investigador asociado en la Universidad de Rutgers, EEUU. Trabajó como profesor asociado en la Universidad San Francisco de Quito hasta el 2011 y desde entonces es profesor titular en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE (Ecuador). A partir de 2014 ha colaborado como profesor externo en la Universidad Rey Juan Carlos, España, y actualmente es Visitante Distinguido por la Sociedad de Computación del IEEE. Sus principales áreas de investigación son el procesamiento digital de señales y la inteligencia

Alexis F. Tinoco, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE

Alexis F. Tinoco S. nació en Quito, Ecuador, en 1968. Se graduó en Ingeniería Electrónica (opción Telecomunicaciones) de la "Facultad de Ingeniería Electrónica, Escuela Politécnica del Ejercito" en Quito - Ecuador (1994). Obtuvo los títulos de Maestría en Ciencias (1999) y Doctor en Ciencias (2011) del Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Fue profesor adjunto en la División de Ingeniería Electrónica y miembro del Laboratorio de Antenas y Propagación - LAP (www.ele.ita.br/lap) de
Departamento de Telecomunicaciones de ITA. Actualmente es profesor en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE. Tiene experiencia en el área de Ingeniería Electrónica, con énfasis en Sistemas de Telecomunicaciones. Antenas de microcinta, redes de antenas, circuitos de microondas y procesamiento de señales digitales son sus áreas de interés.

Héctor Moya

Hector Moya obtuvo su grado de Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE en 1996. Fundador de la empresa DESYTEL S.A. en la cual trabaja en el desarrollo de sistemas AVL. Sus áreas de interés son el desarrollo de software y algoritmia avanzada utilizando sistemas OEM.

Rubén León, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE

Rubén León Vásquez nació en Ambato, Ecuador, un 30 de abril de 1962. Se recibió de los grados de Ing. y M.Sc. de las Universidades ESPE e ITA-Brasil, respectivamente. Desde 1985 a 2020 es profesor de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE. En 1993 el se unió al Centro de Investigación en Aplicaciones Militares CICTE-ESPE. Sus actuales áreas de interés de investigación son Procesamiento digital de señales aplicado a redes de nueva generación y procesadores de radar.

References

P. Wellig, P. Speirs, C. Schuepbach, R. Oechslin, M. Renker, U. Boeniger, and H. Pratisto, “Radar systems and challenges for c-uav,” in 2018 19th International Radar Symposium (IRS). IEEE, 2018, pp.1–8.

Y. Tomita, T. Irabu, and E. Kiuchi, “Moving target indication radar,” Oct. 11 1977, uS Patent 4,053,885.

P. Metford and S. Haykin, “Experimental analysis of an innovations based detection algorithm for surveillance radar,” in IEE Proceedings F (Communications, Radar and Signal Processing), vol. 132, no. 1. IET, 1985, pp. 18–26.

F. Santi, D. Pastina, and M. Bucciarelli, “Maritime moving target detection technique for passive bistatic radar with gnss transmitters,” in 2017 18th International Radar Symposium (IRS). IEEE, 2017, pp. 1–10.

E. Hyun, Y.-S. Jin, Y. Ju, and J.-H. Lee, “Development of short-range ground surveillance radar for moving target detection,” in 2015 IEEE 5th Asia-Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar (APSAR). IEEE, 2015, pp. 692–695.

S. Nag and M. Barnes, “A moving target detection filter for an ultrawideband radar,” in Proceedings of the 2003 IEEE Radar Conference (Cat. No. 03CH37474). IEEE, 2003, pp. 147–153.

E. V. Carrera, F. Lara, M. Ortiz, A. Tinoco, and R. León, “Target detection using radar processors based on machine learning,” in 2020 IEEE ANDESCON, 2020, pp. 1–5.

M. Yang, J. Yang, Y. Hou, and C. Jin, “Implementation architecture of signal processing in pulse doppler radar system based on fpga,” The Journal of Engineering, vol. 2019, no. 21, pp. 7335–7338, 2019.

H. Deng, Z. Geng, and B. Himed, “Radar target detection using target features and artificial intelligence,” in 2018 International Conference on Radar (RADAR). IEEE, 2018, pp. 1–4.

EUCOMIS, Fire Control System Skyguard. Contraves, 1979, vol. 11.

S. Hovanessian, “An algorithm for calculation of range in a multiple prf radar,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, no. 2, pp. 287–290, 1976.

M. I. Skolnik et al., Introduction to radar systems. McGraw-hill New York, 1980, vol. 3.

R. León, “Estimacao do parametro de forma e densidade espectral de potencia de uma sequencia weibull coerente discreta no tempo,” Instituto Tecnologico de Aeronautica - ITA, Sao Jose dos Campos, no. 1, 1992.

W. W. Shrader and V. Gregers-Hansen, “Mti radar,” in Radar Handbook. Citeseer, 1970, pp. 1–22.

M. Ispir and C. Candan, “Least square and min-max design of mti filters with nonuniform interpulse periods,” in 2013 IEEE Radar Conference (RadarCon13). IEEE, 2013, pp. 1–6.

F. Lara, M. Ortiz, E. V. Carrera, A. Tinoco, and R. León, “Filtros adaptativos en el procesador bayesiano mti (moving target indicator) para el sistema de radar skyguard del ej´ercito ecuatoriano,” Revista Ibérica de Sistemas e Tecnologias de Informacao, no. E29, pp. 650–664, 2020.

R. O’Donnell, C. Muehe, M. Labitt, W. Drury, and L. Cartledge, “Advanced signal processing for airport surveillance radars,” IEEE Electronic and Aerospace Systems Convention (EASCON’74), pp. 71– 71, 1974.

R. O’Donnell and C. Muehe, “Automated tracking for aircraft surveillance radar systems,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, no. 4, pp. 508–517, 1979.

A. Farina, A. Russo, F. Scannapieco, and S. Barbarossa, “Theory of radar detection in coherent weibull clutter,” in IEE Proceedings F (Communications, Radar and Signal Processing), vol. 134, no. 2. IET, 1987, pp. 174–190.

S. Kay, “Robust detection by autoregressive spectrum analysis,” IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 30, no. 2, pp. 256–269, 1982.

C. Jaramillo, R. Le´on, R. Lara-Cueva, D. S. Benitez, and M. Ruiz, “A new structure for sequential detection and maximum entropy spectral estimator for characterization of volcanic seismic signals,” in 2014 IEEE Latin-America Conference on Communications (LATINCOM). IEEE, 2014, pp. 1–6.

J. K. Hsiao, “Mti optimization in a multiple-clutter environment,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, no. 3, pp. 401–405, 1976.

B. Widrow and J. McCool, “A comparison of adaptive algorithms based on the methods of steepest descent and random search,” IEEE transactions on antennas and propagation, vol. 24, no. 5, pp. 615–637, 1976.

B. Widrow and E. Walach, “On the statistical efficiency of the lms algorithm with nonstationary inputs,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 30, no. 2, pp. 211–221, 1984.

F. Lara and M. Ortiz, “Procesador bayesiano de señales de radar para el sistema oerlikon,” Bachelor’s Thesis, Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE, Quito - Ecuador, 2019.

F. Qureshi and O. Gustafsson, “Generation of all radix-2 fast fourier transform algorithms using binary trees,” in 2011 20th European Conference on Circuit Theory and Design (ECCTD), 2011, pp. 677–680.

E. Chu and A. George, Inside the FFT black box: serial and parallel fast Fourier transform algorithms. CRC press, 1999.

H. L. Van Trees, Detection, estimation, and modulation theory, part I: detection, estimation, and linear modulation theory. John Wiley & Sons, 2004.

D. Gage, “Oscar express 44xx compuscope,” http://www.gage-applied.com/digitizers/16-bit/pcie/compuscope-oscar-

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Published

2021-09-13

How to Cite

Lara, F., Ortiz, M., Carrera, E. V. ., Tinoco, A. F. ., Moya, H. ., & León, R. (2021). Bayesian Processors of Radar Signals for the Skyguard Radar System of the Ecuadorian Army. IEEE Latin America Transactions, 20(1), 153–161. Retrieved from https://latamt.ieeer9.org/index.php/transactions/article/view/5275

Issue

Vol. 20 No. 1 (2022): Ordinary Issue

Section

Articles