Uplink Performance Analysis of a Photonics Supported Radar

Abstract

Actualmente, sistemas de sensores remotos estão a entrar numa nova fase. Um aumento na procura de sistemas com capacidades multifuncionais e multibanda está a incentivar investigação e investimento em diversas áreas de indústria. Esta procura está a ser estimulada por avanços tecnológicos em diversas áreas tais como veículos autónomos, aplicações do sector de saúde e em aplicações de casas inteligentes. Os sistemas de radar estão a evoluir do seu formato tradicional de sistemas de medição de distância e velocidade. Contudo, esta nova vaga de interesse em sistemas de radar tem posto pressão nas tecnologias electrónicas tradicionais. Nomeadamente, nos osciladores eléctricos.O desempenho de radares de alta definação é dependente de factores tais como o nível de ruído de fase e da largura de banda do sinal radar. Sistemas de radar electrónicos sofrem de limitações na geração de portadoras de alta frequência e na geração de larguras de banda com tamanhos consideráveis. Estas limitações são ultrapassadas com a utilização de tecnologias fotónicas.Esta dissertação começa com a exploração das limitações dos sistemas de radar electrónicos. Essas limitações são apresentadas com testes realizados num modelo de simulação baseado numa arquitetura definida por software. Depois da análise e caracterização das limitações dos radares electrónicos, a solução destas limitações é apresentada através de sistemas radar suportados por tecnologias fotónicas.Os últimos capítulos desta dissertação apresentam o modelo de simulação implementado do sistema de radar suportado por fotónica. Vários testes de desempenho são apresentados e discutidos. Ao longo desta dissertação, os componentes e a arquitetura do radar fotónico e electrónico são apresentados e discutidos. A presença de ruído de fase é destacada, uma vez que é uma das principais origens de erros nos sistemas de radar.

Recent years have seen growing pressure on the requirements for remote sensing systems. Radar systems have evolved from their traditional ranging and surveillance applications to a much broader spectrum of applications. They are now evolving toward a new era of multifunctional and multiband frequency operation. This change in perspective is being fueled by the advances made in various fields. These fields range from autonomous-vehicle industry to the healthcare industry. Recent legislature that allows the unlicensed use of the 77 GHz frequency band has also been another factor that has encouraged the development of high frequency radar systems. A need for fast high-resolution imaging is putting pressure on traditional electronic technologies. The lack of electronic systems which have the capacity of directly generating, processing and digitizing stable signals with higher central frequencies and larger bandwidths, has motivated research worldwide. Alternatives based on photonic systems have be proposed to overcome the challenges presented by traditional electronic radars. Efforts are now being focused on using the millimeter-wave (MMWave) band with photonic supported systems. By transitioning to the MMWave band, radar systems offer better spatial and temporal resolution.This dissertation begins by exploring the limitations of electronic radar systems. These limitations are presented with tests conducted on a simulation model based on a software defined architecture. Once the drawbacks of the electronic radar are exposed, an introduction to photonic supported radars is presented.Then, system tests on a simulation model of a photonic supported radar are conducted. Where various systems parameters are tested. With the conducted tests, performance degradation issues of the uplink are evaluated and studied.Throughout this dissertation, the components and architecture of the photonic and electronic radar are presented and discussed. The presence of phase noise is highlighted since it is one of the main origins of errors in radar systems.