Η μεγάλη σημασία των συστημάτων ραντάρ είτε σε πολιτικό επίπεδο με τα ραντάρ εναέριας κυκλοφορίας, καιρού κτλ, είτε σε στρατιωτικό επίπεδο ραντάρ αεράμυνας, παρακολούθησης κτλ, οδηγούν στην συνεχή μελέτη νέων τεχνολογιών και βελτίωση των συστημάτων αυτών. Στα πλαίσια της μελέτης και κατανόησης των αρχών που διέπουν ένα σύστημα ραντάρ κινείται η παρούσα διπλωματική εργασία. Για λόγους σαφήνειας στην παρουσίαση την χωρίσαμε σε δυο μέρη, στο θεωρητικό κομμάτι και στο πρακτικό κομμάτι. Στο πρώτο μέρος αναπτύσσουμε τις βασικές αρχές λειτουργίας ενός ραντάρ και εξάγουμε τις διάφορες μαθηματικές εκφράσεις που θα μας χρειαστούν στην περεταίρω μελέτη. Εστιάζουμε σε μια σειρά επιμέρους λειτουργιών που θα μας χρειαστούν στην κατασκευή του προσομοιωτή. Κατόπιν γίνεται εκτενής αναφορά στα υποσυστήματα και στις συσκευές, κεραίες, δέκτες, πομποί, επεξεργαστές σήματος, συσκευές ένδειξης, από τα οποία αποτελείται ένα σύστημα ραντάρ. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζουμε την διαδικασία της προσομοίωσης. Την διαδικασία της προσομοίωσης ενός συστήματος ραντάρ για λόγους πιο ρεαλιστικών αποτελεσμάτων σε πραγματικό χρόνο την χωρίσαμε σε δυο επιμέρους διεργασίες. Στην προσομοίωση λειτουργικών χαρακτηριστικών, όπως μετάδοση και λήψη σήματος, διαδικασία ανίχνευσης στόχων, όπου γίνεται η μελέτη της επιρροής διαφόρων παραμέτρων στη λειτουργία ενός ραντάρ. Η δεύτερη διεργασία που προσομοιώσαμε είναι η παραγωγή σημάτων που να είναι ικανά να οδηγήσουν μια οθόνη, στην παρούσα εργασία ένα παλμογράφο και με μια μικρή αλλαγή μια ψηφιακή οθόνη, ώστε να δίνεται η οπτική αίσθηση που δίνει μια κλασσική αναλογική οθόνη ραντάρ. / -

Στην εργασία αυτή, μελετάται το πρόβλημα της ανίχνευσης κινούμενων στόχων και της εκτίμησης της θέσης και της ταχύτητάς τους από ένα σύστημα ραντάρ. Η κίνηση των στόχων ως προς το ραντάρ έχει σαν αποτέλεσμα τη μετατόπιση Doppler της συχνότητας της επιστρεφόμενης ακτινοβολίας ως προς τη συχνότητα εκπομπής του ραντάρ. Εκτιμώντας αυτή τη μετατόπιση στη συχνότητα μπορούμε να ανιχνεύσουμε το στόχο καθώς και να εκτιμήσουμε τη θέση και την ταχύτητά του. Διερευνάται η δυνατότητα βελτίωσης της πιθανότητας ανίχνευσης των στόχων καθώς και του μέσου τετραγωνικού σφάλματος των εκτιμήσεων θέσης και ταχύτητας, με χρήση μοντέρνων εκτιμητών συχνοτήτων, αντί των κλασσικών εκτιμητών που βασίζονται στο Μετασχηματισμό Fourrier. Αναλύονται θεωρητικά και μέσω προσομοιώσεων οι δυνατότητες των μοντέρνων εκτιμητών συχνοτήτων, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στους εκτιμητές Υποχώρου (MUSIC, ESPRIT). Ακολουθεί, η παρουσίαση μιας γενίκευσης της χρήσης των εκτιμητών συχνοτήτων στην περίπτωση διανυσματικών σημάτων. Ο αλγόριθμος που προτείνεται για την ανίχνευση στόχων από ένα σύστημα ραντάρ, επεξεργάζεται τα δείγματα της ληφθείσας ακτινοβολίας κατά μπλοκ οπότε προκύπτει η ανάγκη χρήσης αυτής της διανυσματικής μορφής των εκτιμητών συχνοτήτων. Παρουσιάζονται, τέλος, αποτελέσματα προσομοιώσεων, για διάφορα σενάρια, που επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα του αλγορίθμου και φανερώνουν τα πλεονεκτήματα της χρήσης των μοντέρνων τεχνικών εκτίμησης συχνοτήτων. / This report focuses on the problem of detection of moving targets and estimation of their positions and velocities using a radar system. By estimating the targets' Doppler frequencies it is possible to detect the targets and estimate both their position and velocity. It is shown how the use of modern frequency estimators results in higher values of the probability of detection compared to the Fourrier-based methods. Modern estimators are analyzed, with emphasis shown on the subspace-based estimators (MUSIC, ESPRIT) and their use is generalized for the case of estimating frequencies in vector signals. This generalized form of frequency estimators is used by our proposed algorithm for target detection. Simulation results are presented that prove the superiority of modern techniques.