TR2024011240A2 - MONOSTATIC DETECTION METHOD IN TERAHERTZ BAND FOR RANGE UNCERTAINTY REDUCTION - Google Patents
MONOSTATIC DETECTION METHOD IN TERAHERTZ BAND FOR RANGE UNCERTAINTY REDUCTION Download PDFInfo
- Publication number
- TR2024011240A2 TR2024011240A2 TR2024/011240 TR2024011240A2 TR 2024011240 A2 TR2024011240 A2 TR 2024011240A2 TR 2024/011240 TR2024/011240 TR 2024/011240 TR 2024011240 A2 TR2024011240 A2 TR 2024011240A2
- Authority
- TR
- Turkey
- Prior art keywords
- radar
- range
- target
- maximum
- coverage area
- Prior art date
Links
Abstract
Bir hedefi (200) algılamak için Terahertz bandında bir algılama sinyali (300) göndermeye uygun bir gönderme aracına ve Terahertz bandında yansıyan sinyalleri (310) almak için alıcı araçlara sahip bir radar (100) tarafından gerçekleştirilen bir monostatik algılama yöntemi olup, burada radar, radar (100) ile hedef (200) arasındaki bir yöne bağlı olarak düzgün olmayan maksimum kesin menzillere sahip bir kapsama alanına sahiptir. Yöntem yönü belirlemekte, ardından bir yol kaybı formülü kullanarak en uygun taşıyıcı frekansını hesaplamaktadırA monostatic detection method performed by a radar (100) having a transmitting means suitable for transmitting a detection signal (300) in the Terahertz band to detect a target (200) and receiving means for receiving reflected signals (310) in the Terahertz band, wherein the radar has a coverage area with non-uniform maximum definite ranges depending on a direction between the radar (100) and the target (200). The method determines the direction, then calculates the most suitable carrier frequency using a path loss formula.
Description
TARIFNAME MENZIL BELIRSIZLIGININ AZALTILMASI IÇIN TERAHERTZ BANDINDA MONOSTATIK ALGILAMA YÖNTEMI TEKNIK ALAN Bir hedefi algilamak için Teraheitz bandinda bir algilama sinyali göndermeye uygun bir gönderme aracina ve Teraheitz bandinda yansiyan sinyalleri almak için alici araçlara sahip bir radar tarafindan gerçeklestirilen bir monostatik algilama yöntemi olup, burada radar, radar ile hedef arasindaki bir yöne bagli olarak düzgün olmayan maksimum kesin menzillere sahip bir kapsama alanina sahiptir. ÖNCEKI TEKNIK Kablosuz algilama, özellikle 6G baglaminda, yeni nesil kablosuz iletisim aglari için kritik bir bilesen haline gelmistir. Akilli ulasim sistemleri, otonom araçlar, sanal gerçeklik (VR), genisletilmis gerçeklik (XR), holografik iletisim ve akilli sehirler gibi öngörülen 6G uygulamalari, hassas ve yüksek çözünürlüklü algilama bilgisi gerektirmektedir [1]. Hem akademik hem de endüstriyel arastirmalar, mevcut iletisim aglariyla sorunsuz bir sekilde entegre olabilen ve ayni zamanda bagimsiz çalisabilen algilama prototipleri gelistirmeye odaklanmistir. Yüksek çözünürlüklü algilama bilgisine olan talep, özellikle 0,1 ila 10 THz arasinda degisen terahertz (THz) bandi olmak üzere daha yüksek frekans bantlarinin kullanilmasini gerektirmektedir. THz darbeli radar bir dizi dar darbe göndermektedir ve potansiyel hedeIlerden alinan yanki isaretlerini isleyerek menzil, yön (azimut ve yükseklik açilari) ve hiz gibi algilama parametrelerini belirlemektedir. Bir darbeli-Doppler radarinin maksimum kesin menzili, darbe tekrarlama frekansina (PRF) veya darbe tekrarlama araligina (PRI) baglidir [2]. Bu menzilin ötesinde, uzaktaki nesnelerden gelen geri dönüslerin gecikmesi PRI degerini asabileceginden, nesneler menzil belirsizliginden muzdariptir. Bu sorun, geleneksel mikrodalga radarlara kiyasla daha düsük gönderim gücü nedeniyle THz bandinda daha da kötülesir. Gönderilen darbelerin tutarli entegrasyonu algilama olasiligini arttirmak için kullanilmaktadir, ancak hareketli hedeIler menzil belirsizligine veya menzil hücreleri arasinda göçe neden olabilmektedir, menzil-Doppler haritasini bulaniklastirmaktadir ve entegrasyon kazancini azaltmaktadir. Darbeli-Doppler radarlarda menzil belirsizligi sorununu çözmek için çesitli teknikler önerilmistir. PRI degerini arttirmak, uzaktaki nesnelerden gelen radar dönüslerini dâhil edebilmektedir ve böylece radarin maksimum kesin menzilini arttirabilmektedir [3]. Bununla birlikte, bu yaklasim, radar demeti içinde farkli hizlara sahip birçok nesne oldugunda Doppler hassasiyetini olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Rastgele frekans modülasyonu (RFM) dalga formlarini kullanan darbe çevik dalga formu tasarimi, yüksek spektral kompaktlik, rastgele sideloblar, yari-ortogonallik ve sabit genlik sergilemektedir [4]. Yari-ortogonal dalga biçimleri ve darbe çevikligi, alicida eslesen menzil araliklari için kullanilan farkli filtre bankalari ile menzil belirsizligini azaltmaktadir[5]. Ancak bu yöntem alicinin karmasikligini ve maliyetini artirmaktadir. Her PRI'da darbe genisliginin degistirilmesi, sonraki darbeler arasindaki çapraz korelasyonu azaltmakta ve böylece menzil belirsizligini bastirmaktadir. Bu, sabit bir menzili korumak için darbe genisligi optimizasyonu gerektirmekte ve bu da sistem karmasikligini artirmaktadir. Yüksek frekansli yapay açiklikli radarlar (SARs) menzil belirsizligini azaltmak için OFDM chirp dalga biçimlerini kullanmaktadirlar [6]. Bu yaklasim, her bir PRI için ortogonal dalga biçimleri göndermeyi ve alicida islem karmasikligini ve maliyetini arttiran çoklu uyumlu süzgeçler kullanmayi içermektedir. THz bandinda çalisan darbeli radarlarda algilama basarimini arttirmak için evreuyumlu tümlestirme kullanilmaktadir, ancak menzil belirsizligi ya da hedefin hareketliligi nedeniyle menzil hücreleri arasindaki geçis tümlestirme süresini kisitlamaktadir [7]. Dönüsüm teknikleri menzil-Doppler kuplajinin etkisini tersine çevirebilmektedir, evreuyumlu tümlestirme kazancini ve hedefin algilanabilirligini aittirmaktadir, ancak ayni zamanda radar sisteminin karmasikligini da aittirmaktadir. Yukarida tartisilan en son tekniklerle ilgili eksikliklerin yani sira, mevcut tekniklerin tümü, asagida açiklandigi gibi THz darbeli radar için düzgün olmayan kapsama alaninin varligi Geleneksel olarak bir darbeli radar için, alici-vericiden olan maksimum uzakligin (yariçap) her yönde ayni oldugu varsayilan tekdüze bir kapsama alani düsünülmektedir. Sonuç olarak, PRI alici-vericiden olan tekdüze maksimum uzakliga göre seçilmektedir. Maksimum kapsama mesafesi nispeten daha kisa olan yönler disinda. PRI minimum kapsama mesafesine göre seçilirse, homojen olmama nedeniyle kapsama bölgesi disindaki hedeflerden gelen menzil belirsizliklerine yol açacaktir. Ek olarak, maksimum kapsama mesafesi nispeten daha uzun olan yönlerde, kapsama bölgesi içinde bulunan ancak PRI'yi belirlemek için kullanilan mesafenin ötesindeki hedeflerden bile belirsizlikler ortaya çikabilmektedir. Yukarida bahsedilen tüm sorunlar ve mevcut çözümlerin eksiklikleri, sonuç olarak ilgili teknik alanda bir yenilik yapilmasini gerekli kilmistir. Yukarida belirtilen referanslarin listesi: Use Cases and Technologies," in IEEE Communications Magazine, cilt 58, no. 3, ss. 55-61, Random FM Waveforms for Range Sidelobe Suppression and Range Ambiguity Mitigation," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, cilt 61, ss. 1-12, 2023, Art no. on pulse Width agility," IET International Radar Conference (IET IRC 2020), Online Diversity," in IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, cilt 10, no. 1, ss. 101-105, Jan. terahertz radar,"20]9 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and T erahertz BULUSUN KISA AÇIKLAMASI Mevcut bulus, yukarida belirtilen dezavantajlari ortadan kaldiracaktir ve ilgili teknik alana yeni avantajlar getirecek bir yöntemle ilgilidir. Bulusun bir amaci, radarin belirlenmis kapsama alani disindaki herhangi bir nesneden gelen yankilari ortadan kaldirmaktir, burada kapsama alani düzgün olmayan maksimum kesin menzillerine sahiptir. Karmasikligin azaltilmasinin bir diger amaci, gönderilen sinyalde ve/veya radar sinyal islemesinde herhangi bir degisiklik yapilmasina gerek olmamasidir. Yukarida belirtilen ve asagidaki ayrintili açiklamadan ortaya çikacak olan tüm amaçlara ulasmak için, mevcut bulus, Teraheitz bandinda bir algilama sinyali göndermeye uygun bir gönderme aracina ve bir hedefi algilamak için Teraheitz bandinda yansiyan sinyalleri almak için alici araçlara sahip bir radar tarafindan gerçeklestirilen bir monostatik algilama yöntemi ile ilgilidir; burada radar, radar ile hedef arasindaki bir yöne bagli olarak düzgün olmayan maksimum kesin menzillere sahip bir kapsama alanina sahiptir. Buna göre, hedefin 9 yönünün belirlenmesi; belirlenen yön (9) kullanilarak önceden belirlenmis bir formül kullanilarak hedef için maksimum kesin menzilin hesaplanmasi; bir yol kaybi formülü kullanilarak hedef mesafesinin maksimum kesin menzilden daha az oldugu durumlar için yol kaybini en aza indirmeyi ve hedef mesafesinin maksimum kesin menzile esit veya daha büyük oldugu durumlar için yol kaybini en üst düzeye çikarmayi amaçlayan bir optimizasyon algoritmasi kullanilarak optimum bir tasiyici frekansinin tahmin edilmesi. Menzil belirsizligini bastirmak için yukarida bahsedilen teknikler iletim sinyal yapisini veya sinyal isleme tekniklerini degistirmeye odaklanmistir. Ancak, yukaridaki yöntemlerin hiçbiri bu sorunun üstesinden gelmek için THz-bandinin dogal özelliklerinden faydalanmamistir. Ayrica, önceki teknikler tek tip olmayan kapsama bölgesine dayali uyarlanabilir bir PRI'yi dikkate almamistir. Bu bulusta, tek tip olmayan kapsama alaninda belirli bir yöndeki maksimum kapsama mesafesine dayali olarak PRI'yi uyarlama kavrami önerilmektedir. PRI'yi uyarlamali olarak seçerek, kapsama bölgesi içindeki menzil belirsizligine karsi sistem bagisikligindan ödün vermeden her yönde mümkün olan maksimum Doppler çözünürlügünü elde etmek mümkündür. Ancak bu, hedefin belirli bir yönde maksimum kapsama mesafesinin ötesine geçmesi durumunda menzil belirsizligi sorununun azaltilmasini saglamamaktadir. Bu nedenle, kapsama bölgesi disindaki nesneler nedeniyle ortaya çikabilecek menzil belirsizligi sorununu azaltmak için THz bandindaki moleküler so gurma fenomeninden yararlanmaktayiz. THz bantlarinda, bazi frekanslar su buhari ve Oksijen molekülleri gibi atmosferik içeriklerin dogal rezonans frekanslari ile ayni hizadadir. Rezonans frekanslarinda uyarildiklarinda, bu moleküller sinyalden önemli miktarda enerji emerek bu belirli frekanslarda yüksek yol kaybina yol açmaktadir. Bu yol kaybi miktari ayni zamanda verici ile hedef arasindaki mesafenin bir fonksiyonudur çünkü sinyal yolu içindeki emici moleküllerin sayisi mesafe ile birlikte aitmaktadir. Bu nedenle, bu belirli frekanslarda iletilen bir RF sinyalinin yayilma THz'deki moleküler sogurmanin frekansa ve mesafeye bagli bu özelliginden yararlanarak, THz radarinin kapsama alanini sinirlamak için belirli bir yöndeki maksimum kapsama mesafesine dayali olarak bir tasiyici frekansini akillica uyarlamaktayiz ve bu nedenle bu kapsama bölgesinin ötesindeki herhangi bir nesne, önemli moleküler sogurma nedeniyle radar problama sinyalini alamayacaktir. Bu nedenle, radarin maksimum kesin menzili disinda hareket eden herhangi bir nesne, problama sinyalini yansitamayacak ve menzil belirsizligi yaratacaktir. Bu nedenle, gönderim sinyalini uyarlamadan veya herhangi bir dönüsüm/sinyal isleme teknigi kullanmadan, tasiyici frekansin uygun sekilde seçilmesiyle THz bandinda menzil belirsizligi sorunu çözülebilmektedir. THz bandindaki belirli frekanslarda, moleküler emilim önemlidir ve güvenilir iletisimin mümkün olmadigi daha büyük yol kaybi zirvelerine yol açmaktadir. Bu moleküler sogurma tepeleri, sinyal ilerledikçe mesafeye göre de degismektedir. Bu bulusta, bir tasiyici frekansi tahmin ediyoruz ve THz radarinin kapsama alanini sinirlamaktayiz ve bu nedenle bu kapsama bölgesinin ötesindeki herhangi bir nesne, önemli moleküler emilim nedeniyle radar problama sinyalini alamayacaktir. Bu nedenle, radarin maksimum kesin menzili disinda hareket eden herhangi bir nesne, problama sinyalini yansitamayacak ve menzil belirsizligi yaratacaktir. Bu nedenle, gönderim sinyalini uyarlamadan veya herhangi bir dönüsüm/sinyal isleme teknigi kullanmadan, tasiyici frekansin uygun sekilde seçilmesiyle THz bandinda menzil belirsizligi sorunu çözülebilmektedir. Önerilen bulusun avantajlari su sekilde gibi özetlenebilmektedir: Kapsama alani içinde yöne bagli gelistirilmis Doppler çözünürlügü; belirlenen kapsama alani içinde ya da disinda yer alabilen hedef(ler)den kaynaklanan menzil belirsizliginin azaltilmasi; gönderilen sinyalde ve/Veya radar sinyal islemede herhangi bir degisiklik gerekmediginden karmasikligin azaltilmasi. Algilama parametrelerinin (menzil ve Doppler) dogrulugunun iyilestirilmesi; düsük SNR senaryolarinda menzil belirsizligini azaltarak esevreli bütünlesme kazancinin iyilestirilmesi. Önerilen sema, hedeflenen kapsama alaninin tekdüze olmadigi pratik senaryolara en iyi sekilde uymaktadir. SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI Sekil 1, radari, maksimum kesin menzilin içinde olan bir hedefi ve hareketli ve belirsizlik menzilinin disinda olan baska bir hedefi gösteren bir çizimdir. Sekil 2, hedef kapsama alani içindeyken yani dhedef (3) .:1 d k (gjiken menzil tahminini göstermektedir. Sekil 3, algilama hedefi kapsama alaninin disinda oldugunda, yani ::hedef (3) 3. d (5) oldugunda menzil tahminini göstermektedir. Sekil 4 ve Sekil 5, algilama hedefi kapsama alani içindeyken ve parazit bir nesne kapsama alani disindayken önerilen yöntemle menzil tahminini göstermektedir. SEKILDE VERILEN REFERANS NUMARALARI 100 Radar 200 Hedef 300 Algilama Sinyali 310 Yansiyan Sinyal 320 Maksimum kesin menzil 321 Birinci maksimum kesin menzil 322 Ikinci maksimum kesin menzil 330 Hedef menzil 340 Kapsama alani 410 Birinci yön 420 Ikinci yön BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bu detayli açiklamada, konunun daha anlasilir kilinmasi amaciyla herhangi bir kisitlayici etki olusturmadan sadece örneklere atifta bulunularak konu açiklanmistir. Sekil 1'e atifta bulunarak, bulus, monostatik algilama gerçeklestirebilen bir radar (100) ve bunun bir yöntemidir. Söz konusu radar (100), Terahertz (THz) bandinda bir algilama sinyalini (300) göndermeye uygun gönderme araçlarina ve THz bandinda yansiyan sinyalleri (310) almak için alici araçlara sahiptir. Baska bir deyisle, radar (100) bir algilama alici- vericisidir. Alici araçlar ve gönderici araçlar tekli veya çoklu antenler içermektedir. Radar (100), gönderici antene sinyal saglayan ve alici araçlardan alinan sinyalleri isleyen bilesenler içermektedir. Monostatik algilama radarlari (100) teknikte iyi bilinmektedir, bu nedenle burada daha fazla teknik ayrinti açiklanmamistir. Radar (100) bir baz istasyonunda, yol kenari ünitesinde (RSU), dügüm-B'de, gNode-B'de uygulanabilmektedir. Radar (100) bir dizi darbe halinde bir algilama sinyali (300) göndermektedir ve hedeften (200) yansiyan sinyallere (310) dayanarak hedefin (200) menzilini belirlemektedir. Radar menzili (320) ile tanimlanmaktadir. Bu bulusta, radar (100), Sekil 1'de gösterildigi gibi düzgün olmayan maksimum kesin menzillere (320) sahiptir. Baska bir deyisle, radar (100) ile hedef (200) arasindaki yöne bagli olarak radar (100) farkli maksimum kesin menzillere (340) sahiptir. Örnegin, Sekil 1'de, bir birinci yöndeki (410) birinci maksimum kesin menzil (321), bir ikinci yöndeki (420) ikinci maksimum kesin menzilden daha büyüktür. Sekil 2 ve 3, önceki teknik sistemlerde algilama sinyalini (300) ve yansiyan sinyalleri (310) göstermektedir. Sekil 2'de hedeften (200) alinan algilama sinyali (300) ve yansiyan sinyal (310) gösterilmektedir, bir darbenin yansiyan sinyali (310) bir sonraki darbe iletilmeden önce alinmaktadir. Böylece hedefin (200) yansima sinyali iki darbe arasinda kalmaktadir. Sekil 3'te algilama sinyali (300) ve maksimum kesin menzilin (320) disinda kalan hedeften (200) alinan yansiyan sinyal (310) gösterilmektedir. Bir darbenin yansiyan sinyali (310) bir sonraki darbe iletildikten sonra alinmaktadir. Böylece bir kesinlik yaratilmaktadir. Söz konusu yöntem, hedefin (200) menzil belirsizligini azaltmak amaciyla hedef (200) için seçilen belirli bir THz bandini kullanmaktadir. Bu kapsama bölgesinin ötesindeki herhangi bir nesne, önemli moleküler sogurma nedeniyle radar problama sinyalini alamayacagindan, maksimum kesin menzilin ötesindeki nesneler sinyali yansitmamaktadir. Bu nedenle, radarin maksimum kesin menzili disinda hareket eden herhangi bir nesne, sondalama sinyalini yansitamayacak ve menzil belirsizligi yaratacaktir. Dolayisiyla, iletim sinyalini uyarlamadan veya herhangi bir dönüsüm/sinyal isleme teknigi kullanmadan, tasiyici frekansi uygun sekilde seçerek THz bandinda menzil belirsizligi sorunu çözülebilmektedir. Radar bir dizi darbe göndermektedir. Geleneksel bir THz monostatik radar yari çift yönlü bir darbeli dalga biçimi gönderir, darbelerin gönderilmesi ve hedef(ler)den gelen yansimalarin geri alinmasi arasinda geçis yapmaktadir. Gönderim süresi boyunca radar alicisi parazitlenmeyi önlemek için kapatilmaktadir. THz iletim darbesi su sekilde ifade edilebilmektedir lift) Elif âxnft III] 0 IE: NI: Burada r 1 /B darbe tekrarlama araligidir (PRI), N tek bir tutarli islem araligindaki (CPI) PRI sayisidir. Ek olarak, ;cn t B bant genisligi ile 11 'inci PRI üzerinden iletilen dalga biçimini temsil etmekte ve su sekilde ifade edilebilmektedir: xn(t) = FEN& 0 5 t 5 TP, k: Ü,---,K- 1, Burada, Tu < T radar darbe süresini, R. radar gönderim gücünü ve mn normalize edilmis LIJPIFÜIIIZ dt: 1 gücüne sahip radar darbesini göstermektedir. Bir CPI içinde hedefle etkilesimden sonra alicida alinan radar yansimasi su sekilde yazilmaktadir: yt [IFII :deî'znfdtw nt D I NI' Burada 5;, hedef tarafindan yansitilan yolun karmasik kanal katsayisini göstermektedir. Ayrica, T, , ;i- = CT, ,:2 iliskisi araciligiyla hedefin menziline dönüsen iki yönlü yayilma gecikmesini temsil etmektedir, f; , hedefin hareketinden kaynaklanan Doppler frekans kaymasidir ve fa = &ile verilmektedir, burada v.? hedefin radyal hizi ve ;1 THz tasiyici frekansinin dalga boyudur. Ayrica , mn, dairesel simetrik karmasik Gauss (CSCG) rastgele prosesi olarak varsayilan ve ;günün gürültü güç spektrum yogunlugu (PSD) oldugu mn N warm, Ji-,m'nun bulundugu eklemeli beyaz Gauss gürültüsünü (AWGN) ifade etmektedir. Radarin bir hedefin menzilini güvenilir bir sekilde algilayabildigi maksimum kesin menzil d asagidaki modelle verilebilmektedir: f: Td maks 5 TI? Bir radarin maksimum kesin menzilinin hedefin (200) hedef yönünün (0) bir fonksiyonu olarak degistigi durumlarda, yani d_maks belirli bir kapsama alani (340) içinde hedefin (200) yönüne göre degismektedir. Ek olarak, ramaks maksimum kapsama mesafesine (maksimum kesin menzil (320)) d (6) karsilik gelen gidis-dönüs gecikmesidir. Ancak, radar darbe süresi T,, 'nin PRI 1' 'ye kiyasla çok kisa oldugu göz önüne alindiginda, maksimum kesin menzil (320) d (6) : Hawks (9) olarak yeniden yazilabilmektedir. Söz konusu yöntem asagidaki adimlari içermektedir: Hedefin (200) 0 yönünün belirlenmesi. Belirlenen yönü (0) girdi olarak kullanarak kapsama alaninin (340) önceden belirlenmis bir modelinden hedef (200) için maksimum kesin menzilin (320) hesaplanmasi. Maksimum kesin menzil (320) yukarida belirtilen modellerden biri kullanilarak hesaplanabilmektedir. Optimum tasiyici frekansi fopt, dhedef (9) :1 dmaks (maçin PL (fani dhedef (6))y01 kaybini en aza in irmeyi amaç ayan ve dhedef (6) 3, dmaks (ß) için PL (fapt, dhedef (6)) yo ay ini en üst düzeye çikarmayi amaçlayan bir optimizasyon algoritmasi kullanilarak tahmin edilmesi; burada dtaraet, hedef ile radar arasindaki mesafe ve dmaks , 0 yönünde maksimum kesin menzildir (320); ve burada yol kaybi formülü ) ekabsmdhedef (9) Seklindedir, Burada, km (1". frekansa bagli moleküler sogurma katsayisi, c isik hizi; f optimum tasiyici frekansidir. Tahmin için teknikte bilinen herhangi bir uygun optimizasyon algoritmasi kullanilabilmektedir. Tahmin edilen tasiyici frekansi kullanarak algilama sinyalinin (300) iletilmesi. Olasi bir yapilandirmada yöntem: - 0 yönü için bir darbe tekrarlama araliginin (PRI) hesaplanmasi - hesaplanan PRI kullanilarak algilama sinyalinin (300) iletilmesi adimlarini içermektedir. PRI asagidaki formül kullanilarak hesaplanabilmektedir: 2 dmaks a burada c isik hiZidir. Bir baska olasi yapilandirmada yöntem, her bir yön için PRI ve optimum tasiyici frekansinin hesaplanmasi ve bir sonraki hedef için kullanilmak üzere bir arama tablosuna kaydedilmesi ve arama tablosunun önceden belirlenmis periyotlarda güncellenmesi adimlarini içerebilmektedir. Böylece, her bir yön için islem sirasinda tüketilen kaynaklar azaltilmaktadir. Böyle bir arama tablosu asagida örnek olarak verilmistir. Sekil 4 ve Sekil 5, algilama hedefi (200) kapsama alani (340) içindeyken ve bir nesne kapsama alani disindayken önerilen yöntemle menzil tahminini göstermektedir. Nesne hedef ile etkilesime girmemektedir. Söz konusu yöntem, Entegre Algilama ve Iletisim (ISAC) sistemleri gibi herhangi bir THz algilama sistemine uygulanabilmektedir. Bulusun koruma kapsami ekteki istemlerde belirtilmistir ve bu ayrintili açiklamada örnekleme amaciyla açiklananlarla sinirlandirilamamaktadir. Teknikte uzman bir kisinin, bulusun ana temasindan uzaklasmaksizin yukarida belirtilen gerçekler isiginda benzer yapilandirmalar sergileyebilecegi açiktir. TR TR TR TR TR TR TR TR TR DESCRIPTION MONOSTATIC SENSING METHOD IN THE TERAHERTZ BAND FOR RANGE UNCERTAINTY REDUCTION TECHNICAL DOMAIN A monostatic sensing method performed by a radar having a transmitting means suitable for sending a sensing signal in the Teraheitz band to detect a target and receiving means for receiving the reflected signals in the Teraheitz band, wherein the radar has a coverage area with maximum definitive ranges that are not uniform depending on a direction between the radar and the target. BACKGROUND ART Wireless sensing has become a critical component for next-generation wireless communication networks, especially in the context of 6G. Envisioned 6G applications such as smart transportation systems, autonomous vehicles, virtual reality (VR), augmented reality (XR), holographic communication and smart cities require precise and high-resolution sensing information [1]. Both academic and industrial research is focused on developing sensing prototypes that can seamlessly integrate with existing communication networks while also operating autonomously. The demand for high-resolution sensing information necessitates the use of higher frequency bands, particularly the terahertz (THz) band, which ranges from 0.1 to 10 THz. A THz pulsed radar emits a series of narrow pulses and processes echo signals received from potential targets to determine sensing parameters such as range, bearing (azimuth and elevation angles), and speed. The maximum absolute range of a pulse-Doppler radar depends on the pulse repetition frequency (PRF) or pulse repetition interval (PRI) [2]. Beyond this range, objects suffer from range uncertainty because the delay of returns from distant objects can exceed the PRI. This problem is exacerbated in the THz band due to the lower transmit power compared to conventional microwave radars. Coherent integration of transmitted pulses is used to increase detection probability, but moving targets can cause range ambiguity or migration between range cells, blurring the range-Doppler map and reducing integration gain. Various techniques have been proposed to address the range ambiguity problem in pulsed-Doppler radars. Increasing the PRI value can include radar returns from distant objects and thus increase the radar's maximum absolute range [3]. However, this approach can negatively impact Doppler sensitivity when multiple objects with different speeds are present in the radar beam. Pulse agile waveform designs using random frequency modulation (RFM) waveforms exhibit high spectral compactness, random sidelobes, quasi-orthogonality, and constant amplitude [4]. The quasi-orthogonal waveforms and pulse agile design reduce range ambiguity by using different filter banks for matching range ranges at the receiver [5]. However, this method increases the complexity and cost of the receiver. Varying the pulse width at each PRI reduces the cross-correlation between subsequent pulses, thereby suppressing range ambiguity. This requires pulse width optimization to maintain a constant range, which increases system complexity. High-frequency synthetic aperture radars (SARs) use OFDM chirp waveforms to reduce range ambiguity [6]. This approach involves sending orthogonal waveforms for each PRI and using multiple matched filters at the receiver, which increases processing complexity and cost. Coherent integration is used to increase detection performance in pulsed radars operating in the THz band, but the transition between range cells due to range uncertainty or target mobility limits the integration time [7]. Transform techniques can reverse the effect of range-Doppler coupling, increasing coherent integration gain and target detectability, but also increasing radar system complexity. In addition to the shortcomings of the state-of-the-art techniques discussed above, all existing techniques suffer from non-uniform coverage for THz pulsed radar, as described below. Traditionally, a pulsed radar has been considered to have uniform coverage, assuming the maximum distance (radius) from the transceiver is the same in all directions. Consequently, the PRI is chosen based on the uniform maximum distance from the transceiver, except in directions where the maximum coverage distance is relatively short. If the PRI is chosen based on the minimum coverage distance, this non-uniformity will lead to range uncertainties from targets outside the coverage area. Furthermore, in directions where the maximum coverage distance is relatively long, uncertainties can arise even from targets within the coverage area but beyond the distance used to determine the PRI. All the problems mentioned above and the shortcomings of existing solutions have ultimately necessitated an innovation in the relevant technical field. List of references cited above: Use Cases and Technologies," in IEEE Communications Magazine, vol. 58, no. 3, pp. 55-61, Random FM Waveforms for Range Sidelobe Suppression and Range Ambiguity Mitigation," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 61, pp. 1-12, 2023, Art no. on pulse Width agility," IET International Radar Conference (IET IRC 2020), Online Diversity," in IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, vol. 10, no. 1, pp. 101-105, Jan. terahertz radar,"20]9 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method that will eliminate the above-mentioned disadvantages and bring new advantages to the relevant technical field. One object of the invention is to eliminate echoes from any object outside the designated coverage area of the radar, where the coverage area has non-uniform maximum absolute ranges. Another object of reducing complexity is that no changes are required in the transmitted signal and/or radar signal processing. In order to achieve all the objectives stated above and which will emerge from the detailed description below, the present invention is provided by a radar having a transmitting means suitable for transmitting a detection signal in the Teraheitz band and receiving means for receiving the reflected signals in the Teraheitz band to detect a target The present study relates to a monostatic detection method, where the radar has a coverage area with non-uniform maximum definite ranges depending on a direction between the radar and the target. Accordingly, determining the direction of the target 9; calculating the maximum definite range for the target using a predetermined formula using the determined direction (9); estimating an optimum carrier frequency using an optimization algorithm that aims to minimize the path loss for cases where the target distance is less than the maximum definite range and to maximize the path loss for cases where the target distance is equal to or greater than the maximum definite range using a path loss formula. To suppress range uncertainty, the above-mentioned techniques have focused on modifying the transmission signal structure or signal processing techniques. However, none of the above methods have taken advantage of the inherent properties of the THz-band to overcome this problem. Furthermore, previous techniques have not considered an adaptive PRI based on the non-uniform coverage area. This In this invention, the concept of adapting the PRI based on the maximum coverage distance in a specific direction within a non-uniform coverage area is proposed. By adaptively selecting the PRI, it is possible to achieve the maximum possible Doppler resolution in all directions without compromising the system's immunity to range uncertainty within the coverage area. However, this does not reduce the range uncertainty problem when the target moves beyond the maximum coverage distance in a specific direction. Therefore, we exploit the molecular absorption phenomenon in the THz band to reduce the range uncertainty problem that may arise due to objects outside the coverage area. In the THz bands, certain frequencies align with the natural resonance frequencies of atmospheric constituents such as water vapor and oxygen molecules. When excited at their resonance frequencies, these molecules absorb significant amounts of energy from the signal, resulting in high path loss at these specific frequencies. This amount of path loss is also a function of the distance between the transmitter and the target because the number of absorbing molecules in the signal path increases. Therefore, by exploiting this frequency- and distance-dependent property of molecular absorption in THz, the propagation of an RF signal transmitted at these specific frequencies is intelligently adapted to a carrier frequency based on the maximum coverage distance in a specific direction to limit the coverage area of a THz radar. Therefore, any object beyond this coverage area will not be able to receive the radar probing signal due to significant molecular absorption. Therefore, any object moving outside the maximum absolute range of the radar will not be able to reflect the probing signal, creating range uncertainty. Therefore, the range uncertainty problem in the THz band can be solved by appropriate selection of the carrier frequency without adapting the transmit signal or using any conversion/signal processing techniques. At certain frequencies in the THz band, molecular absorption is significant and leads to larger path loss peaks, without which reliable communication is not possible. These molecular absorption peaks also change with distance as the signal propagates. In this invention, we estimate a carrier frequency and limit the coverage area of the THz radar, and therefore any object beyond this coverage area will not be able to receive the radar probing signal due to significant molecular absorption. Therefore, any object moving outside the maximum absolute range of the radar will not be able to reflect the probing signal and will create range uncertainty. Therefore, the range uncertainty problem in the THz band can be solved by appropriate selection of the carrier frequency without adapting the transmit signal or using any conversion/signal processing techniques. The advantages of the proposed invention can be summarized as follows: Improved Doppler resolution depending on the direction within the coverage area; reduction of range uncertainty originating from target(s) that may be located inside or outside the specified coverage area; reduction of complexity since no changes are required in the transmitted signal and/or radar signal processing. Improvement of the accuracy of detection parameters (range and Doppler) improvement; improving coherent integration gain by reducing range uncertainty in low SNR scenarios. The proposed scheme best suits practical scenarios where the target coverage area is not uniform. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Figure 1 is a plot showing the radar, a target within the maximum positive range, and another target which is moving and outside the positive range. Figure 2 shows the range estimation when the target is within the coverage area, i.e., target (3). Figure 3 shows the range estimation when the detection target is outside the coverage area, i.e., target (3). Figure 4 and Figure 5 show the range estimation with the proposed method when the detection target is within the coverage area and a cluttering object is outside the coverage area. REFERENCE NUMBERS GIVEN IN THE FIGURE 100 Radar 200 Target 300 Detection Signal 310 Reflected Signal 320 Maximum precise range 321 First maximum precise range 322 Second maximum precise range 330 Target range 340 Coverage area 410 First direction 420 Second direction DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In this detailed description, the subject is explained by referring only to examples without creating any limiting effect in order to make the subject more understandable. Referring to Figure 1, the invention is a radar (100) capable of performing monostatic detection and a method thereof. The radar (100) has transmitting means suitable for transmitting a detection signal (300) in the Terahertz (THz) band and receiving means for receiving reflected signals (310) in the THz band. In other words, the radar (100) is a is a detection transceiver. The receiving means and the sending means include single or multiple antennas. The radar (100) includes components that provide signals to the sending antenna and process the signals received from the receiving means. Monostatic detection radars (100) are well known in the art, therefore, no further technical details are explained here. The radar (100) can be implemented in a base station, roadside unit (RSU), node-B, gNode-B. The radar (100) sends a detection signal (300) in a series of pulses and determines the range of the target (200) based on the signals (310) reflected from the target (200). The radar range is defined by (320). In this invention, the radar (100) has non-uniform maximum absolute ranges (320) as shown in Figure 1. In other words, the radar (100) and the target The radar 100 has different maximum precise ranges 340 depending on the direction between 200. For example, in Figure 1, the first maximum precise range 321 in a first direction 410 is greater than the second maximum precise range in a second direction 420. Figures 2 and 3 show the detection signal 300 and the reflected signals 310 in prior art systems. Figure 2 shows the detection signal 300 and the reflected signal 310 received from the target 200, the reflected signal 310 of one pulse is received before the next pulse is transmitted. Thus, the reflection signal of the target 200 falls between the two pulses. Figure 3 shows the detection signal 300 and the reflected signal 310 received from the target 200 which is outside the maximum precise range 320. The reflected signal of the pulse (310) is received after the next pulse is transmitted. Thus, a certainty is created. The method in question uses a specific THz band selected for the target (200) in order to reduce the range uncertainty of the target (200). Since any object beyond this coverage area cannot receive the radar probing signal due to significant molecular absorption, objects beyond the maximum absolute range do not reflect the signal. Therefore, any object moving outside the maximum absolute range of the radar will not be able to reflect the probing signal and will create a range uncertainty. Therefore, the range uncertainty problem can be solved in the THz band by appropriately selecting the carrier frequency without adapting the transmission signal or using any conversion/signal processing techniques. The radar sends a series of pulses. A conventional THz monostatic radar sends a half-duplex pulsed waveform, alternating between sending pulses and receiving reflections from the target(s). During the transmission period, the radar receiver is turned off to prevent interference. The THz transmitted pulse can be expressed as follows: (lift) Elif âxnft III] 0 IE: NI: where r 1 /B is the pulse repetition interval (PRI), N is the number of PRIs in a single coherent processing interval (CPI). In addition, ;cn t represents the waveform transmitted over the 11th PRI with a bandwidth of B and can be expressed as: xn(t) = FEN& 0 5 t 5 TP, k: Ü,---,K- 1, where, Tu < T is the radar pulse duration, R. is the radar transmit power, and mn is the radar pulse with normalized power LIJPIFÜIIIZ dt: 1. The radar reflection received at the receiver after interaction with the target within a CPI is written as: yt [IFII :deî'znfdtw nt D I NI' Here 5; represents the complex channel coefficient of the path reflected by the target. Furthermore, T, , represents the two-way propagation delay that is converted into the range of the target through the relationship ;i- = CT, ,:2, f; is the Doppler frequency shift due to the motion of the target and is given by fa = &, where v.? is the radial velocity of the target and ;1 THz is the wavelength of the carrier frequency. Furthermore, mn denotes the additive white Gaussian noise (AWGN) in which mn N warm, Ji-,m is assumed to be a circularly symmetric complex Gaussian (CSCG) random process and ;d is the noise power spectrum density (PSD). The maximum absolute range d at which the radar can reliably detect the range of a target can be given by the following model: f: Td max 5 TI? In cases where the maximum precise range of a radar varies as a function of the target 200's direction 0, that is, d_max varies with the direction of the target 200 within a given coverage area 340. In addition, ramax is the round-trip delay corresponding to the maximum coverage distance (maximum precise range 320)) d (6). However, considering that the radar pulse duration T, , is very short compared to PRI 1', the maximum precise range 320 can be rewritten as d (6) : Hawks (9). The method involves the following steps: Determining the direction 0 of the target 200. Calculating the maximum precise range 320 for the target 200 from a predetermined model of the coverage area 340 using the determined direction 0 as input. The maximum absolute range (320) can be calculated using one of the models mentioned above. The optimum carrier frequency fopt, target (9) :1 dmax (match PL (fani target (6)))y01 is estimated using an optimization algorithm that aims to minimize the loss and maximize the PL (fapt, target (6)) yo ay for target (6) 3, dmax (ß); where dtaret is the distance between the target and the radar and dmax is the maximum clear range in the 0 direction (320); and the path loss formula is ) ekabsmtardef (9) where, km (1". is the frequency-dependent molecular absorption coefficient, c is the speed of light; f is the optimum carrier frequency. Any suitable optimization algorithm known in the art can be used for the estimation. Transmission of the detection signal (300) using the estimated carrier frequency. In one possible configuration, the method is: - The method includes the steps of calculating a pulse repetition interval (PRI) for direction 0 and transmitting the detection signal 300 using the calculated PRI. The PRI can be calculated using the following formula: 2 dmax a where c is the speed of light. In another possible configuration, the method can include the steps of calculating the PRI and the optimum carrier frequency for each direction and storing them in a search table to be used for the next target and updating the search table at predetermined periods. Thus, the resources consumed during the process for each direction are reduced. Such a search table is given below as an example. Figure 4 and Figure 5 show the range estimation with the proposed method when the detection target 200 is within the coverage area 340 and an object is outside the coverage area. The object does not interact with the target. The method in question is not applicable to any system such as Integrated Sensing and Communication (ISAC) systems. It can be applied to THz detection systems. The scope of protection of the invention is specified in the appended claims and cannot be limited to those explained in this detailed description for illustrative purposes. It is clear that a person skilled in the art can demonstrate similar configurations in light of the facts stated above without departing from the main theme of the invention.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TR2024011240A2 true TR2024011240A2 (en) | 2024-10-21 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11614511B2 (en) | Radar interference mitigation | |
| Brooker | Mutual interference of millimeter-wave radar systems | |
| US9958539B2 (en) | Real aperture radar system for use on board a satellite and for maritime surveillance applications | |
| Umehira et al. | A novel iterative inter-radar interference reduction scheme for densely deployed automotive FMCW radars | |
| Umehira et al. | An adaptive interference detection and suppression scheme using iterative processing for automotive FMCW radars | |
| US8384587B2 (en) | Radar for aerial target detection fitted to an aircraft notably for the avoidance of obstacles in flight | |
| Umehira et al. | Inter-radar interference in automotive FMCW radars and its mitigation challenges | |
| Hao et al. | Advances in Adaptive Radar Detection and Range Estimation | |
| Amar et al. | FMCW-FMCW Interference Analysis in mm-Wave Radars; An indoor case study and validation by measurements | |
| Overdevest et al. | Uncorrelated interference in 79 GHz FMCW and PMCW automotive radar | |
| Zainuddin et al. | Maritime radar: a review on techniques for small vessels detection | |
| Kumuda et al. | A mutual interference mitigation algorithm for dense on-road automotive radars scenario | |
| TR2024011240A2 (en) | MONOSTATIC DETECTION METHOD IN TERAHERTZ BAND FOR RANGE UNCERTAINTY REDUCTION | |
| Umehira et al. | Inter-radar interference analysis and concept of scalable fast chirp FMCW radar for automotive applications | |
| Hao et al. | Introduction to radar systems | |
| Koizumi et al. | RNN-based interference suppression method for CS radar: Simulation and experimental evaluations | |
| Kumbul et al. | Sensing performance of different codes for phase-coded fmcw radars | |
| Okuda et al. | Prototype development and experimental performance evaluation of FMCW radar using iterative interference suppression technique | |
| Jain et al. | Radar fundamentals | |
| Zhihuo et al. | Novel orthogonal random phase-coded pulsed radar for automotive application | |
| US20250251492A1 (en) | Sub-Nyquist Hyperbolic Frequency Modulated Pulsed Radar for Accurate Range and Doppler Estimation | |
| Kato et al. | Detection probability of automotive radars using maximum length sequences to suppress interference from nearby radars | |
| Zainuddin et al. | Spectrum averaging in a MIMO FMCW maritime radar for a small fluctuating target range estimation | |
| RU2802367C1 (en) | Method for selecting moving targets at high pulse repetition rate of a probing linear-frequency-modulated signal with a small duty cycle | |
| Ramavathu et al. | Check for updates Design of Waveform for Airborne Radar in Sea Clutter Environment |