Detection performance for Incoherent Range Walk Compensation

Abstract

FFI supports the Royal Norwegian Air Force in their acquisition of new air surveillance sensors. Improved detection performance on low observable targets may be obtained by increasing the radar dwell time on target. For each doubling of integration time the theoretical maximum improvement is 3 dB for coherent integration and between 1.5 and 3 dB for incoherent integration. However, increased integration time yields a risk of range and Doppler walk, which decreases the detection performance. An algorithm to incoherently compensate for range walk, is applied on real data from a passive bistatic radar utilizing digital video broadcasting television transmitters. With the algorithm the detection threshold for a given false alarm rate is lowered as the integration time is extended. Thus, targets below the detection threshold for coherent integration, can with the compensation algorithm, be above the corresponding detection threshold. For the single target studied, the method was found to give between 1.5 and 3 dB for each doubling of the integration time. The method is only successful for targets with little Doppler walk. Moreover, the integration time in the method is limited by the amount of Doppler walk and in our test the method gave no detection improvement after 4.2 s integration time, due to Doppler walk. The method has here been studied on a single target only, thus no conclusions should be drawn on other configurations before a statistical study has been performed.

FFI støtter Luftforsvaret i anskaffelsen av nye sensorer for militær luftromsovervåking i prosjektprogram Luftmilitær Overvåking. Økt deteksjonsytelse på mål med lavt radartversnitt kan oppnås ved hjelp av lengre integrasjonstid. En forventet teoretisk maksimal økning i deteksjonsytelse er 3 dB for hver dobling av integrasjonstiden ved koherent integrasjon, og mellom 1.5 og 3 dB ved inkoherent integrasjon. Lengre integrasjonstid øker imidlertid risikoen for range og Doppler-spredning, som senker deteksjonsytelsen. En metode som kompenserer range-spredning inkoherent, er anvendt på reelle data fra en passiv bistatisk radar som utnytter TV-sendere i det digitale bakkenettet. Med algoritmen kan deteksjonsterskelen for en gitt falsk-alarmrate senkes mens integrasjonstiden økes. Mål som befinner seg under deteksjonsterskelen ved koherent integrasjon, kan med algoritmen komme over denne terskelen. Metoden ga mellom 1.5 og 3 dB for hver dobling av integrasjonstiden, i samsvar med teorien. Metoden er kun anvendelig på mål med lite Doppler-spredning. Videre er integrasjonstiden med metoden begrenset av når Doppler-spredning eventuelt inntreffer. For målet som ble studert her, ga derfor metoden ingen økning i deteksjonsytelse etter 4:2 s integrasjonstid, grunnet Doppler-spredning. Resultatene vist her er kun fra et enkelt mål, og det kan ikke konkluderes med hvorvidt metoden er egnet for å øke deteksjonsytelsen for mål med lite Doppler-spredning generelt.