\section{Diseño y Desarrollo}

\subsection{Propuesta del sistema radar}

 

\subsubsection{Requerimientos del sistema DAA}
La Tabla\,\ref{tab:target_and_requirements} resume los requerimientos mínimos operacionales de sistemas DAA 

\begin{table}[ht]
    \renewcommand{\arraystretch}{1.2}
    \centering
    \caption{Características de objetivos de interés junto con los requerimientos para sistemas de vigilancia aérea.}
    \begin{tabular}{|m{3cm}|>{\centering\arraybackslash}m{2cm}|>{\centering\arraybackslash}m{2.5cm}|>{\centering\arraybackslash}m{2.5cm}|>{\centering\arraybackslash}m{2.5cm}|}
         
         \hline
         \textbf{Objetivo} & \textbf{RCS} (dBsm) & \textbf{Alcance} $\qquad$ (m [ft]) &
         \textbf{Velocidad} \textbf{máxima} (km/h [kts]) & \textbf{Resolución} (m [ft])\\\hline\hline
         
          Blanco mínimo detectable & -20\,\textsuperscript{a} & \multirow{2}{*}{$60.96$ [$200$]\,\textsuperscript{c}} & $112.6$ [$61$]\,\textsuperscript{a} & \\\cline{1-2}\cline{4-4}
          
          Blanco pequeño & $2.8$\,\textsuperscript{a} &   & $185.2$ [$100$]\,\textsuperscript{b} & $4.6$ [15]\\\cline{1-4}
          
          Blanco mediano & $5.1$\,\textsuperscript{b} & $609.6$ [$2000$]\,\textsuperscript{d} & $240.76$ [$130$]\,\textsuperscript{b} &\\\cline{1-4}
          
          Blanco grande & $10$\,\textsuperscript{b} & $1524$ [$5000$]\,\textsuperscript{d}& $314.84$ [$170$]\,\textsuperscript{b} &\\\hline
    \end{tabular}
    \begin{minipage}{\linewidth}
    \vspace{1ex}
    \footnotesize
    \textsuperscript{a}~Caracterización de la sección recta radar (RCS) mìnima de múltiples drones comerciales, enfocado en banda X \cite{r:multi_drone_RCS, a:consumer_drones_RCS, p:consumer_grade_RCS}.\\
    \textsuperscript{b}~Estándar RTCA DO-366a: \textit{Minimum Operational Performance Standars (MOPS) for Air-to-Air Radar for Traffic Surveillance} \cite{s:RTCA_do366a}.\\
    \textsuperscript{c}~Estándar RTCA DO-396: \textit{Minimum Operational Performance Standards for Airbone Collision Avoidance Systems sXu (ACAS sXu)} \cite{s:RTCA_do396}.\\
    \textsuperscript{d}~Estándar ASTM F3442/F3442M - 23: \textit{Standard Specification for Detect and Avoid System Performance Requirements} \cite{s:ASTM_F3442}.
    \end{minipage}
    \label{tab:target_and_requirements}
\end{table}

%\cite{a:radar_8750MHz} \textcolor{red}{Radar a 8.75 GHz}
%

\subsection{Validación numérica}
La validación numérica permite estimar el desempeño del sistema radar, considerando los requerimientos planteados anteriormente. Para este propósito, herramientas como Radar Toolbox de Matlab, ofrecen algoritmos y herramientas para diseñar, simular, analizar y probar sistemas de radio-localización. Además, brinda soporte para flujos de trabajo que abarcan desde los requisitos hasta el análisis de datos de campo para aplicaciones aéreas, terrestres, marítimas y de automoción. Sin embargo, presenta limitaciones al momento de integrar componentes electrónicos cuya descripción depende de la caracterización proporcionada por los fabricantes, como los parámetros de puerto. Esto incrementa la dificultad para evaluar el desempeño de un sistema real, ya que se asume un comportamiento ideal sin considerar la degradación de la relación señal a ruido a través del sistema de transmisión y recepción. Para estos casos, plataformas de diseño como Cadence AWR permite la automatización de diseño electrónico, permitiendo modelar, analizar y optimizar sistemas de comunicaciones analógicas y digitales \cite{soft:awr2024}. Además, permite análisis de circuitos de radiofrecuencia (\acrshort{rf}), junto con algoritmos de procesamiento digital de señales (DSP). De esta manera, se genera un sistema de validación integral de diseño de sistemas de comunicaciones. La integración de bloques de modelado de canal y objetivos en un contexto radar, facilita la evaluación de sistemas complejos junto con algoritmos de procesamiento a partir de los resultados. 

El flujo de trabajo para modelar sistemas en AWR consiste en la interconexión de bloques desarrollados por Cadence, considerando un esquema jerárquico constituido por sub-circuitos creados por el usuario o proporcionados como bloques predefinidos en la documentación. Teniendo esta jerarquía, se propone el sistema presentado en la Fig.\,\ref{fig:radar_system_sim} compuesto por cinco componentes, representando el comportamiento conjunto de la USRP, el conversor de frecuencia, la cadena de transmisión, recepción y el modelo de objetivos. Cada bloque cuenta con parámetros de entrada relacionados con los requerimientos del radar y las características de los blancos. De esta manera, es posible segmentar un sistema complejo para facilitar tareas como el diagnóstico y la corrección de errores.

El comportamiento de la USRP x410 se modela mediante la implementación de componentes ideales con las características de ganancia y factor de ruido establecidas por el fabricante \cite{m:usrp_x410}, por lo que en esta sección no se profundiza en sus componentes internos. En términos generales, este bloque genera el tren de señales LFM (chirps) y el tono que actúa como oscilador local, ambos con una frecuencia central de $4.75$\,GHz los dos. Ambos se conectan al convertidor de frecuencia a través de los puertos TX\_1 y LO, respectivamente. Los puertos restantes (RX\_1 y RX\_45) se utilizan para recibir, amplificar y demodular el eco resultante para su posterior procesamiento en banda base. Es importante aclarar que la ganancia en los puertos TX\_1, RX\_1 y RX\_2 se modela como un amplificador lineal ideal, con un rango de $0$ a $60$\,dB \cite{m:usrp_x410}. En el caso del transmisor, la potencia de salida del canal sin amplificación es de $-43$\,dBm, valor determinado a partir de la caracterización experimental de la USRP, cuyo procedimiento y resultados se presentan en el Anexo \ref{appendix:usrp_pout_ch}.

\begin{figure}[!ht]
 \centering
 \includegraphics[width=0.95\textwidth]{Contenido/3-Diseño/Figures/Radar_System_sim.eps}
  \caption{Jerarquía superior compuesta de los sub-circuitos del sistema radar FMCW en AWR.}
 \label{fig:radar_system_sim}
\end{figure}


\subsection{Captura y procesamiento}

