Experimental study of a gnss bistatic radar for air target detection

Resumen

Hoy en día, los sistemas de navegación por satélite (GNSS) son herramientas comunes para posicionarnos y navegar por la superficie de la Tierra. Los satélites que componen estos sistemas orbitan a unos 20000 km de altitud, siendo los satélites del sistema Americano GPS los más populares en la actualidad. Aunque el posicionamiento y la navegación son los propósitos para los cuales se diseñaron los satélites GNSS, en los últimos años, se han realizado estudios en los cuales se hace uso de estas señales para aplicaciones "remote sensing". En estos estudios, se utiliza la señal reflejada en la superficie terrestre para medir la velocidad del viento y la concentración de hielo en el mar, entre otras. En esta tesis se estudia la idea de utilizar las señales GNSS para una aplicación radar, con el fin de detectar aviones. Esta aplicación supone un grandísimo reto, ya que las señales GNSS recibidas directamente de los satélites son de por sí muy débiles, debido a las pérdidas de propagación. Además, el movimiento, trayectoria y velocidad de los aviones es indeterminado, lo que supone una dificultad añadida. Sin embargo, un radar de este tipo proporcionaría grandes ventajas con respecto a otros radares. Para empezar, no requiere la implementación de ningún transmisor, ya que hace uso de señales ya existentes (radar biestático pasivo). Esto lo hace robusto ante el "jamming". Además de esto, este radar pasivo sería operativo sobre toda la Tierra, ya que los satélites GNSS son visibles en todo el globo. A pesar del potencial que este sistema tiene, se han encontrado muy pocos estudios desde que la idea fue presentada por V. Koch y R. Westphal en 1995. De hecho, la viabilidad del sistema sigue siendo una incógnita. En esta tesis, los requisitos del sistema radar son definidos, y los algoritmos necesarios para su correcto funcionamiento implementados. Esto se hace para las dos configuraciones de radar bistático posibles: "back-scattering" y "forward-scattering". El estudio se complementa con medidas reales realizadas cerca del aeropuerto de Núremberg, en Alemania. Después de analizar varias medidas, se concluye que es viable implementar un radar GNSS para la detección de aviones utilizando únicamente la configuración "forward-scattering". Se detectan aviones comerciales distanciados 1 km del receptor, el cual utiliza una antena parabólica de 15 dBi de ganancia. Se concluye que el sistema es capaz de detectar aviones comerciales a 26 km de distancia cuando estos vuelan no más rápido que 300 km/h, y a una distancia máxima de 9 km cuando estos vuelan a 900 km/h.