Beamforming of synthetic target signal acquired by the Atlantis PCL system

Abstract

The passive coherent location system, Atlantis, is a test bed for digital beamforming at the Norwegian Defence Research Establishment (FFI). The system has functionality for real time direction of arrival (DoA) estimation. An acquisition experiment involving a synthetic target has been conducted for the purpose of investigating the DoA estimation capabilities of polarized signals. Data recorded during the experiment was subsequently processed offline to test the effect of various beam patterns. The offline processing underlying this report made use of Matlab -scripts replacing the beamscan algorithms of Atlantis. Some findings from this experiment are that DoA estimation works fine for target signals that are co-polarized with the receiver antenna, and for signals where the co-polarized component makes a substantial part of the signal. On the other hand, target signals that are mainly cross-polarized with the receiver antenna appear with a diffuse and sometimes incorrect location. In addition to DoA estimations, attempts were made of suppressing an unwanted signal by placing one or more static nulls in the direction of the known synthetic target signal. Suppression attempts were made for target signals that were co-polarized with the receiver antenna as well as for cross-polarized signals. In the co-polarized case a substantial reduction of the signal noise ratio (SNR) at the nulled signal direction occurred when that direction appeared within 20 from the mainlobe direction. When the synthetic target direction appeared further from the mainlobe, placing a null in the target direction had little effect. Even though the reduction close to the mainlobe was substantial for a single null, it was in most cases more profound when three close nulls were placed in the direction of the synthetic target. Nulling a signal cross-polarized with the receiver antenna turned out problematic.

Den passive bistatiske radaren, Atlantis, er et testsystem for digital stråleforming ved Forsvarets Forskningsinstitutt (FFI). Systemet har funksjonalitet for sanntids retningsbestemmelse av innkommende signal. Et eksperiment for opptak av signaler fra et syntetisk mål er utført. Hensikten med eksperimentet var å undersøke egenskapene for retningsbestemmelse av polariserte signaler. Data innsamlet under eksperimentet ble i ettertid prosessert off-line for å undersøke effekten av ulike strålingsmønstre. Offlineprocesseringen som ligger til grunn for denne rapporten, benyttet Matlab-skript som erstattet beamscan-algoritmene i Atlantis. Noen funn fra dette eksperimentet er at retningsbestemmelse virker godt for målsignal som er ko-polarisert med mottagerantennen, og for signaler hvor den ko-polariserte komponenten utgjør en vesentlig del av signalet. Målsignaler som hovedsakelig er kryss-polarisert med mottagerantennen fremkommer med diffus og noen ganger uriktig retningsangivelse. I tillegg til retningsbestemmelse er det gjort forsøk på å undertrykke uønsket signal ved å plassere en eller flere statiske nuller i den kjente retningen for det syntetiske målet. Forsøket på undertrykking ble gjort for signaler som var kryss-polarisert med mottagerantennen så vel som for ko-polariserte signaler. I det ko-polariserte tilfellet oppnådde vi en vesentlig reduksjon i signal til støyforholdet (SNR) for den nullede mål-signal retningen så lenge den retningen var mindre enn 20grader fra hovedloberetningen. Når retningen for det syntetiske målet var lenger fra hovedloben, hadde det liten virkning å plassere en null i den retningen. Selv om reduksjonen nær hovedloben var betydelig for en enkelt null, var den i de fleste tilfellene enda sterkere når tre tettsittende nuller ble plassert i retningen av det syntetiske målet. Nulling av signal som var kryss-polarisert med antennen, viste seg problematisk.