Resumen de Detección adaptativa para radares de alta resolución. Análisis con datos experimentales de clutter
Resumen En los últimos años han surgido determinadas aplicaciones que requieren sensores de vigilancia de muy elevadas prestaciones. Es el caso, por ejemplo, de los sistemas de vigilancia costera desplegados para la detección de embarcaciones de pequeño tamaño, o los sistemas de vigilancia perimetral de infraestructuras críticas o fronteras terrestres no reguladas, que deben hacer frente al difícil reto de garanti¬zar la detección de personas a kilómetros de distancia. En este contexto, los sensores radar resultan fundamentales tanto aisladamente como siendo elementos clave de las redes multisensor de altas prestaciones que demandan los sectores de Seguridad y Defensa. No obstante, el ámbito de aplicación de los sensores radar avanzados no se limita al campo de la seguridad nacional o homeland security ya que están también destinados a cubrir otras necesidades específicas como puede ser la detección de objetos peligrosos en pistas de despegue de aeropuertos. Los requisitos funcionales de estas nuevas aplicaciones hacen imprescindible el uso de sensores radar de muy elevada resolución en distancia. Esta necesidad, junto con la disponibilidad a bajo coste de hardware de procesado digital en tiempo real de gran potencia y el avanzado estado de desarrollo de las tecnologías de radiofrecuencia requeridas, ha despertado el interés por los sensores radar de muy alta resolución en tareas puramente de detección, complementando su ya consolidado papel en el campo de las imágenes radar y las tareas de clasificación de blancos. El empleo de esquemas de detección adecuados es fundamental para alcanzar la potencial mejora de prestaciones, en especial si se tienen en cuenta ciertos incon¬venientes derivados de la alta resolución en distancia. Es importante destacar dos de ellos: la compleja estadística del clutter de alta resolución, potencialmente no-gaussiano, no-estacionario y heterogéneo espacialmente, y la necesidad de gestionar adecuadamente el hecho de que los blancos pasan a ser extensos, distribuyéndose su energía en varias celdas de distancia contiguas. En los últimos 20 años, distintos grupos de investigación han propuesto un gran número de esquemas teóricos para hacer frente a los problemas mencionados. Sin embargo, los avances en el área están severamente limitados por la ausencia de verificación experimental de las distintas estrategias desarrolladas. En este contexto, la disponibilidad de datos radar reales es crucial. El análisis estadístico de datos experimentales es un requisito fundamental para determinar las estrategias de detección de alta resolución más adecuadas de entre las decenas de propuestas teóricas de diversa índole existentes, así como para el diseño de técnicas novedosas fundamentadas en bases sólidas. Por estos motivos, la disponibilidad de datos reales, tanto de clutter como de una serie de blancos marítimos de pequeño tamaño, es una importante característica distintiva de la presente Tesis Doctoral. El análisis estadístico de los datos de clutter disponibles ha hecho posible identificar los límites de validez de un modelo concreto para el clutter de alta resolución, permitiendo clasificar las estrategias de detección en dos categorías objeto de dos bloques expresamente diferenciados en la Tesis Doctoral. En el primer caso, la disponibilidad de un modelo matemático compacto y manejable permite utilizar de¬tectores derivados mediante procedimientos de diseño de la teoría de detección. El trabajo realizado comprende la selección de los esquemas de detección potencial-mente útiles y su evaluación experimental en presencia de datos radar reales. En el segundo caso, la no disponibilidad de un modelo estadístico adecuado justifica el desarrollo de estrategias de detección heurísticas como la propuesta en el tercer bloque de la Tesis Doctoral. Abstract In the last few years, certain applications have boosted the demand for high performance surveillance sensors. Examples range from coastal surveillance systems that are being deployed to detect incoming small vessels to critical asset protection or border monitoring systems that must accurately detect personnel and vehicles up to ranges of thousands of meters. In this context, radar sensors are invaluable, whether standalone or as key components of the high performance sensor networks demanded by Security and Defence markets. However, the scope of application of advanced radar sensors is not restricted to homeland security since they are ideally suited to cover other specific needs such as the detection of dangerous objects in airport runways. The operational requirements of these upcoming applications are satisfied by very high range resolution radar sensors. This fact and recent developments in the fields of real-time digital processing and radiofrequency technology, have shifted the use of high resolution radars from imaging and clasiffication applications towards purely detection tasks. The potential performance improvement associated with high resolution radars requires the use of suitable detection schemes, designed to address certain issues due to the high range resolution. In particular, two facts must be properly accounted for in the radar design process to guarantee a satisfactory performance: the statistics of high resolution clutter, potentially non-Gaussian, non-stationary and spatially heterogeneous, and the need of processing distributed targets. During the last 20 years, a high number of theoretical contributions have been proposed to address the aforementioned issues. Nevertheless, most of them are severely limited by the lack of experimental verification. Thus, the use of experi-mental data is critical. In particular, the statistical analysis of experimental radar data is an important prerequisite to identify the most promising detection strategies within the high number of theoretical contributions available in the open literature on the topic and to ease the development of new techniques. The availability of experimental data is thus one of the key distinctive features of this Dissertation. The first part of the Dissertation includes a detailed statistical analysis of the high resolution sea clutter dataset. The obtained results define the limit of validity of a particular model for high resolution sea clutter. Consequently, detection techniques has been classified into two categories that are discussed in two separate parts of the Dissertation. Firstly, the availability of a compact and tractable mathematical model makes possible the use of detectors derived in the framework of the Detection Theory. The work performed comprises the selection of the most promising candidate detection structures and the experimental assessment of their performance. Secondly, the lack of availability of a suitable mathematical model motivates the development of ad hoc detection schemes such as the one proposed and experimentally evaluated in the third part of the Dissertation.
