title: Passive radar with ambient illuminators and low-cost software-defned radios
title: Παθητικό ραντάρ με περιβαλλοντικούς φωτιστές και χρήση χαμηλού κόστους ραδιοφώνων ελεγχόμενων από λογισμικό
Creators: name: Βαρδακης Ιωσηφ
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: This thesis presents a complete implementation of a low-cost FM passive radar. The hardware and software of the setup are explained in detail, including the low-cost, 12-bit resolution LimeSDR USB receiver. The adaptive filters Least-Squares (LS), Normalized Least-Mean-Square (NLMS), Block NLMS (BNLMS) and Fast BNLMS (FBNLMS) were implemented. Their effectiveness on suppressing the clutter reflections and their runtimes are compared. The results show that the fastest algorithm is FBNLMS, achieving the clutter removal processing in 0.7 seconds with a standard laptop computer. This is less than the Coherent Processing Interval (CPI), chosen at 1.09 seconds and sampling rate of 2.4 Msamples per second. As a result, it is the best choice for a real-time passive radar. NLMS had the best performance in terms of clutter removal, reducing the noise floor 4.3 dB compared to FBNLMS and 3.5 dB compared to LS. The LS filter proved to be a good trade-off between time efficiency and clutter suppression. In addition, an efficient algorithm to compute the cross-ambiguity function, along with a simple constant false alarm rate for target detection are included. Experimental results calculating the accuracy of the passive radar in both bistatic range and Doppler frequency are presented. The commercial flight OAL5SA that departed from the airport of Chania in the 14th of July, 2020, was used to measure the theoretical bistatic range and Doppler frequency, with a publicly available flight tracking application. Comparing the experimental outcomes with the theoretic measurements showed that in the bistatic range, there is an average error of 2795 metres and in the Doppler frequency there is an average error of 7 Hz.
description: Αυτή η εργασία παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη υλοποίηση ενός χαμηλού κόστους FM παθητικού ραντάρ. Τo hardware και το λογισμικό του συστήματος περιγράφονται λεπτομερώς, περιλαμβάνοντας έναν χαμηλού κόστους ελεγχόμενο από λογισμικό (SDR) LimeSDR USB δέκτη, ανάλυσης 12-bit. Υλοποιήθηκαν τα προσαρμοζόμενα φίλτρα Least-Squares (LS), Normalized Least-Mean-Square (NLMS), Block NLMS (BNLMS) και Fast BNLMS (FBNLMS) και συγκρίθηκαν οι χρόνοι εκτέλεσης και η αποδοτικότητά τους στην αφαίρεση των μη χρήσιμων ανακλάσεων (clutter). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο πιο γρήγορος αλγόριθμος είναι ο FBNLMS, πετυχαίνοντας την αφαίρεση του clutter σε 0.7 δευτερόλεπτα με ένα κοινό laptop υπολογιστή. Αυτό είναι λιγότερο από το Coherent Processing Interval (CPI), που έχει επιλεγεί στα 1.09 δευτερόλεπτα και ρυθμό δειγματοληψίας 2.4 Msamples το δευτερόλεπτο. Ως αποτέλεσμα, αποτελεί την καλύτερη επιλογή για υλοποίηση παθητικού ραντάρ πραγματικού χρόνου. Ο NLMS είχε την καλύτερη απόδοση όσον αφορά την αφαίρεση του clutter, μειώνοντας το noise floor κατά  4.3 dB σε σχέση με τον FBNLMS και 3.5 dB σε σχέση με τον LS. To LS φίλτρο αποδείχθηκε μια ενδιάμεση λύση μεταξύ χρονικής αποδοτικότητας και αφαίρεσης του clutter. Επιπρόσθετα, υλοποιήθηκε ένας αποδοτικός αλγόριθμος για τον υπολογισμό της συνάρτησης cross-ambiguity, καθώς και ένας απλός αλγόριθμος σταθερής πιθανότητας λανθασμένου συναγερμού (constant false alarm rate). Πειραματικά αποτελέσματα που υπολογίζουν την ακρίβεια του ραντάρ σχετικά με την διστατική απόσταση και την συχνότητα Doppler θα παρουσιαστούν.  Για την πολιτική πτήση OAL5SA, που αναχώρησε από το αεροδρόμιο των Χανίων στις 14 Ιουλίου 2020, έχουν υπολογιστεί θεωρητικά η διστατική απόσταση και η συχνότητα Doppler, μέσω εφαρμογής ελεύθερης πρόσβασης για παρακολούθηση της πορείας αεροπλάνων. Η σύγκριση των πειραματικών τιμών με τις θεωρητικές έδειξαν ότι στην διστατική απόσταση υπάρχει μέσο σφάλμα  2795 μέτρα και στην συχνότητα Doppler μέσο σφάλμα 7 Hz.