Kartlegging og filtrering av skrogekko i skipsradar

Abstract

Denne masteroppgaven omhandler et interferensfenomen i skipsradar som har fått benevnelsen «radarbaug». Radarbaugen er en type nærekko som skyldes båtens egne strukturer, men som opptrer på avstander langt ut over båtens fysiske utstrekning. Radarbaugen kan maskere mål og hindre deteksjon i båtens nærområde - et område det er kritisk for en navigatør å ha god oversikt over. Kunnskap om denne type interferens, hvordan den oppstår og hvilke egenskaper den har, vil gi nødvendig bakgrunn for utvikling av teknikker og metoder for signalbehandling i skipsradar som kan bedre deteksjonsevnen for mål nær eget fartøy og dermed medvirke til økt sikkerhet til sjøs. I denne oppgaven har en derfor forsøkt både å undersøke nærmere hvordan denne type uønskede signaler oppstår, samt foreslå egnet signalbehandling. I innledingen ble det gjennomført et litteratursøk for å kartlegge om det finnes etablert teori som omhandler denne typen interferensproblematikk. Søket viste at det finnes svært lite litteratur på området. Etablering av egen grunnlagsteori vil derfor være derfor nødvendig. Antakelser om at radarbaugen skyldes multiple refleksjoner grunnet spredere på eget fartøy har fungert som en hypotese som er forsøkt sannsynliggjort gjennom to hovedpunkter - datasimuleringer og sammenlikning/gransking av nærekko fra ulike skrogutforminger. Simuleringer av problemstillingen ble forsøkt i gratis prøveversjoner av dataverktøyene Feko og WIPL-D. Begge disse programmene kan ha mulighet til å utføre denne type beregninger, men begrensninger i gratisversjonene gjorde det umulig å gjennomføre aktuelle simuleringer. Det vil derfor være behov for tilgang på fullversjoner før en fullstendig analyse og evaluering kan gjøres. Sammenlikning og gransking av nærekko fra to fartøy med ulike skrogutforminger viste at to ulike fartøy med forskjellig utforming skaper nærekko med ulik karakteristikk. Maksimal utstrekning på radarbaugen relativt skroglengde varierer fra 1,5-2,3 for fergen MF «Raunefjord», mens tilsvarende tall for fergen MF «Harøy» er 2,2-3,8. Forskjellige skrogutforminger medfører variasjoner også i radarbaugens bredde i asimut, og begge deler indikerer at skrogets utforming har betydning for denne type nærekko. Det er utviklet og prøvd ut metoder for dopplerfiltrering av «radarbaug» i skipsradar. Standard binomiske MTI-filtre av lengde 2 og 3, samt FIR-filtre med spesialtilpassede vekter av lengde 6 og 12 designet i Matlab er benyttet på et utvalg av måledata som inneholdt minst mulig sjøclutter. Beregninger av clutterdemping ga gjennomsnittsverdier på 18,2-19,6 dB for X-bånd og 8,7-10,5 dB for S-bånd. Filtrene av lengde 2 og 6 viser best clutterdemping. Forskjellen mellom de to radarbåndene henger trolig sammen med at det er mer annen type clutter i måledataene fra S-bånd. Som en integrert del av kartleggingsarbeidet i oppgaven er det utviklet et lettfattelig og brukervennlig dataverktøy for kartlegging av «radarbaug» i Matlab. Dette vil danne grunnlag for videre arbeid ved å forenkle analyse av nærekko i skipsradar for nye fartøy og skrogtyper.