Radar Characterization Based on Field Testing

Abstract

This work concentrates on characterization process of a radar. Thesis has basic radar background for three different types of radars, including pulse radar, continuous-wave radar and multiple-input multiple-output radar. On top of that phenomena that affect all radars are also covered in this background. This background is required to understand how characterization process for radar can be done. Test cases demonstrated in this thesis are just few possible testing scenarios that can be utilized to characterize a radar. Characterization can be expanded significantly and different performance capabilities can be tested more thoroughly for more comprehensive results.

This characterization is partly done with anechoic chamber in a laboratory environment and partly done with field testing outside of controlled environment. This was done to extract performance data with controlled environment and in a real-world test scenario, where environment is not ideal and controlled. Test scenarios included in this thesis offered some understanding on the radar’s performance. These tests provided data on how internal temperature affects the radar’s performance, what the radar’s transmit pattern looks like, what uncalibrated values mean in the radar’s received signal data and how different resolutions affect the radar’s performance. Temperature testing and transmit pattern testing was done in an anechoic chamber. Data calibration and resolution testing were handled with field testing.

Data gathered from these tests were analyzed to obtain real performance values for the radar. Temperature testing provided concrete results and transmit pattern was able to be measured accurately. Received data calibration was a success with accurate results. Last test case, resolution testing provided data that had a lot of fluctuation and therefore the results are not concrete, but they give a general idea on how changing resolutions affect the radar’s performance. Other test cases provided data, which can be used to draw concrete results. This data was analyzed and maximum range was extrapolated for larger target.

Tässä työssä keskitytään tutkan karakterisointiin. Työn alussa esitellään kattavat perustiedot kolmesta eri tutkatyypistä, joihin sisältyy pulssitutka, jatkuva-aaltotutka ja moniantennitutka. Tämän lisäksi käsitellään ilmiöitä, jotka vaikuttavat kaikkien tutkien toimintaan. Tämä tausta pitää sisäistää, että karakterisointiprosessin voi ymmärtää. Työssä esitellään vain muutamia mahdollisia testiskenaarioita, joita tutkan karakterisointiin voidaan käyttää. Karakterisointia voitaisiin laajentaa merkittävästi ja eri suorituskykyparametrejä voitaisiin testata perusteellisemmin kattavampien tuloksien saamiseksi.

Karakterisointiprosessi suoritetaan osittain kontrolloidussa laboratorioympäristössä kaiuttoman huoneen avulla ja osittain kenttätestauksen avulla kontrolloimattomissa realistisissa käyttöympäristöissä. Molemmat tehtiin, koska haluttiin saada karakterisointia tehtyä sekä kontrolloidussa ympäristössä, että kontrolloimattomassa ympäristössä, jossa epäideallisuudet tulevat esiin. Työssä esitellyt testiskenaariot antoivat ymmärrystä tutkan suorituskyvystä. Näistä testeistä saatiin tietoa siitä, miten tutkan sisäinen lämpötila vaikuttaa sen lähetystehoon, miltä tutkan lähetyskuvio näyttää, mitä kalibroimattomat arvot vastaanotetussa signaalidatassa tarkoittavat ja miten eri resoluutioasetukset vaikuttavat tutkan suorituskykyyn. Näistä testeistä lämpötilatesti ja lähetyskuviomittaus tehtiin kaiuttomassa huoneessa. Vastaanotetun datan kalibrointi ja resoluutioiden vaikutus hoidettiin kenttätestauksella.

Testeistä kerättyä dataa analysoitiin ja siitä pystyttiin ratkaisemaan realistisia suorituskykyarvoja tutkalle. Lämpötilatestistä saatiin luotettavaa dataa ja lähetysantennikuvio saatiin mitattua tarkasti. Vastaanotetun datan kalibrointi onnistui hyvin tarkoilla tuloksilla. Viimeisen testin, eli resoluutiotestin tapauksessa data oli niin vaihtelevaa, että niistä ei suoraan voi antaa tarkkaa arviota suorituskyvystä, mutta se antoi hyvää yleisymmärrystä siitä, että miten resoluutioiden muuttaminen vaikuttaa kyseisen tutkan suorituskykyyn. Muiden testien datat olivat hyvin selkeitä ja niiden avulla pystyi johtamaan lopullisia tuloksia. Tätä dataa analysoitiin ja sen avulla ekstrapoloitiin maksimaalinen havaitsemisetäisyys isommalle kohteelle.