RU2293997C1 - Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets - Google Patents
Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets Download PDFInfo
- Publication number
- RU2293997C1 RU2293997C1 RU2005128998/09A RU2005128998A RU2293997C1 RU 2293997 C1 RU2293997 C1 RU 2293997C1 RU 2005128998/09 A RU2005128998/09 A RU 2005128998/09A RU 2005128998 A RU2005128998 A RU 2005128998A RU 2293997 C1 RU2293997 C1 RU 2293997C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- target
- signals
- time
- acceleration
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области специальной радиотехники и может быть использовано в радио- и гидролокационных системах при определении координат и параметров движения цели (КПДЦ). Как правило, в радио- и гидролокационных системах при корреляционной обработке учитываются дальность и радиальная скорость цели. На практике разрешающая способность локационной системы анализируется на основе функции неопределенности (ФН) Вудворда. В основе такого анализа лежит допущение о постоянстве скорости цели в пределах длительности сигнала и пренебрежимо малых искажениях модулирующей функции. В предлагаемом техническом решении в качестве информативного дополнительного параметра используется радиальное ускорение цели. Возможность измерения радиальной составляющей ускорения рассмотрена в работе [1]. Тамже [1, с.46] показано, что для многих практических задач в выражении для ошибки оценки скорости можно пренебречь членом, зависящим от ускорения. Отметим, что при учете ускорения вид ФН усложняется [2]. В известных технических решениях, предназначенных для разрешения цели по скорости в одном элементе дальности, ускорение как правило не учитывается [3, 4, 5, 6, 7, 8]. При необходимости ускорение цели оценивают косвенно вычислением производной скорости цели по времени [9]. Возможность использования той или иной модели определяется главным образом базой сигнала. Так в работе [10] приведена допустимая доплеровская расстройка в гидролокаторе, составляющаяThe present invention relates to the field of special radio engineering and can be used in radio and sonar systems when determining the coordinates and parameters of the target’s movement (KPDTs). As a rule, in radar and sonar systems, correlation processing takes into account the range and radial velocity of the target. In practice, the resolution of a location system is analyzed based on the uncertainty function (FN) of Woodward. The basis of this analysis is the assumption that the speed of the target is constant within the signal duration and negligible distortion of the modulating function. In the proposed technical solution, the radial acceleration of the target is used as an informative additional parameter. The possibility of measuring the radial component of acceleration was considered in [1]. It was also shown [1, p. 46] that for many practical problems in the expression for the velocity estimation error, the term depending on the acceleration can be neglected. Note that when acceleration is taken into account, the form of the FS is complicated [2]. In well-known technical solutions designed to resolve the target in speed in one element of range, acceleration is usually not taken into account [3, 4, 5, 6, 7, 8]. If necessary, the acceleration of the target is estimated indirectly by calculating the time derivative of the target’s speed [9]. The possibility of using one or another model is determined mainly by the signal base. So in [10] the permissible Doppler detuning in a sonar is given, which is
где Т - длительность сигнала, W - его полоса.where T is the signal duration, W is its band.
В работе [11, с. 39] необходимость учета n-й производной определяется порядком величиныIn [11, p. 39] the need to take into account the nth derivative is determined by the order of magnitude
λ/Тn,λ / T n ,
где λ - длина волны. Приближенно полагают, что можно использовать аппроксимацию эффекта Доплера простым сдвигом спектра при выполнении условия where λ is the wavelength. It is roughly believed that the approximation of the Doppler effect can be used by a simple shift of the spectrum when the condition
При увеличении длительности сигналов, полосы частот, скорости целей и размеров антенных устройств подобные приближения оказываются неприемлемыми [12]. Так, например, при работе с низкочастотными, длительными и широкополосными сигналами в гидролокаторах небольшое изменение радиальной скорости за время существования сигнала приводит к декорреляции и существенно сказывается на характеристиках системы [10].With an increase in signal duration, frequency band, target speed, and antenna device size, such approximations are unacceptable [12]. So, for example, when working with low-frequency, long-term and wideband signals in sonar, a small change in the radial velocity during the existence of the signal leads to decorrelation and significantly affects the characteristics of the system [10].
Аналогичный эффект наблюдается в радиолокационных системах слежения за такими быстрыми целями как спутники и управляемые снаряды [13].A similar effect is observed in radar tracking systems for such fast targets as satellites and guided missiles [13].
В таких случаях возникает необходимость согласования принятого сигнала по ускорению. В работе [11] раскрыт способ определения дальности и радиальной скорости. В среду излучают сигнал с гиперболической ЧМ, смещенный в область несущей частоты, вида:In such cases, it becomes necessary to match the received acceleration signal. In [11], a method for determining the range and radial velocity is disclosed. On Wednesday, a signal is emitted from a hyperbolic FM, shifted to the region of the carrier frequency, of the form:
где f1 - несущая частота, F, k - постоянные.where f 1 is the carrier frequency, F, k are constants.
При приеме осуществляют многоканальную доплеровскую расфильтровку эхосигнала, гетеродинируют сигнал в область низких частот, осуществляют его временную задержку с целью компенсации ошибки в измерении дальности цели, проводят согласованную фильтрацию и отклик сравнивают с порогом.When receiving, a multi-channel Doppler filtering of the echo signal is carried out, the signal is heterodyne to the low-frequency region, it is temporarily delayed to compensate for errors in measuring the target range, a consistent filtering is performed, and the response is compared with a threshold.
По временному интервалу между моментами превышения порога и излучения зондирующего импульса определяют дальность цели, по номеру доплеровского канала, где произошло превышение порога, находят радиальную скорость цели. Временной интервал для коррекции ошибки определяется соотношением:From the time interval between the moments when the threshold is exceeded and the radiation from the probe pulse, the target range is determined, the radial speed of the target is found by the number of the Doppler channel where the threshold was exceeded. The time interval for error correction is determined by the ratio:
где νp - радиальная скорость, с - скорость распространения волн. Рассмотренный способ позволяет осуществить независимое разрешение по дальности и скорости по одной посылке. Однако при этом сохраняется доплеровская расфильтровка.where ν p is the radial velocity, c is the wave propagation velocity. The considered method allows for independent resolution in range and speed in one package. However, Doppler filtering is retained.
Близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является система CAVORT (система обработки эхосигналов от целей, обладающих значительным радиальным ускорением) [14]. Эта система работает следующим образом: принятые импульсы пропускают через линию задержки (ЛЗ) на промежуточной частоте с общим числом отводов, где N - число обрабатываемых импульсов. Эти отводы соединены с двумя рядами смесителей. Верхний ряд смесителей производит частотные сдвиги fv, 2fv, 3fv,..., (N-1)fv. Получающиеся сдвиги в любой момент времени заданы с некоторой заданной скоростью цели. Подстройка этого согласования под цели, испытывающие ускорение движения, достигается дальнейшим сдвигом, обеспечиваемым вторым рядом смесителей. Этот нелинейный набор частот Fa, 3fa, 6fa, 10fa,..., N(N+1)fa/2 в любой момент времени согласован по фазе с сигналом для некоторого значения радиального ускорения. Когда fv≫fa, производится поиск по скорости и ускорению так, что характеристики скорости и ускорения цели согласованы в некоторый момент времени на интервале длительностью 1/fa.Close in technical essence to the proposed invention is the CAVORT system (a system for processing echo signals from targets with significant radial acceleration) [14]. This system works as follows: received pulses are passed through a delay line (LZ) at an intermediate frequency with a total number of taps, where N is the number of processed pulses. These taps are connected to two rows of mixers. The top row of mixers produces frequency shifts fv, 2fv, 3fv, ..., (N-1) fv. The resulting shifts at any given time are given at some given target speed. The adjustment of this coordination for targets experiencing acceleration of movement is achieved by a further shift provided by the second row of mixers. This nonlinear set of frequencies Fa, 3fa, 6fa, 10fa, ..., N (N + 1) fa / 2 at any moment in time is in phase with the signal for a certain value of radial acceleration. When fv≫fa, a search is made for speed and acceleration so that the speed and acceleration characteristics of the target are matched at some point in time on an interval of 1 / fa.
Таким образом, рассмотренный способ оценки радиального ускорения цели состоит в следующем. Излучают пачку зондирующих импульсов, принимают, усиливают, производят согласованную фильтрацию по всем возможным значениям радиальных скоростей и ускорений, совмещают эхосигналы во времени и когерентно суммируют, результирующий сигнал сравнивают с пороговым напряжением и по значению фазы сигнала, соответствующего моменту превышения порога, определяют ускорение цели. Данный способ позволяет полностью определить все параметры движения цели (скорость и ускорение).Thus, the considered method for estimating the radial acceleration of a target is as follows. A packet of probe pulses is emitted, received, amplified, matched filtering is carried out according to all possible values of radial velocities and accelerations, echo signals are combined in time and coherently summed, the resulting signal is compared with a threshold voltage and the target acceleration is determined by the value of the signal phase corresponding to the moment the threshold is exceeded. This method allows you to fully determine all the parameters of the movement of the target (speed and acceleration).
Недостатком способа является сложность его технической реализации. Поскольку оптимальный фильтр должен быть согласован как с радиальной скоростью, так и c радиальным ускорением, для обработки сигналов с различными парами значений скорости и ускорения необходим набор таких двумерных фильтров. Требуемое число фильтров при этом очень велико и составляет несколько сотен. Кроме того, для работы устройства необходима последовательность (минимум два) зондирующих импульсов.The disadvantage of this method is the complexity of its technical implementation. Since the optimal filter must be consistent with both radial velocity and radial acceleration, a set of such two-dimensional filters is required to process signals with different pairs of velocity and acceleration values. The required number of filters is very large and amounts to several hundred. In addition, for the operation of the device requires a sequence (at least two) of probe pulses.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ согласованной фильтрации принятого сигнала [15] (ПРОТОТИП). Рассмотренный способ позволяет выделить сигнал на фоне помехи в условия доплеровского эффекта. Суть способа состоит в следующем. В среду излучают зондирующий импульс. Принятые эхосигнал и сигнал-эталон перемножаются , где * - представляет собой символ комплексного сопряжения. К результату перемножения применяется преобразование Фурье, в результате которого получают спектральную взаимно корреляционную функцию (ВКФ) вида: Closest to the proposed invention is a method of consistent filtering of the received signal [15] (PROTOTYPE). The considered method makes it possible to isolate the signal against the background of interference in the conditions of the Doppler effect. The essence of the method is as follows. A probe pulse is emitted into the medium. The received echo and reference signal are multiplied where * - is a symbol of complex conjugation. The Fourier transform is applied to the result of multiplication, as a result of which a spectral cross-correlation function (CCF) of the form is obtained:
где ν - частотный сдвиг эхосигнала вследствие эффекта Доплера. Если сигналы во временной области вещественные, то соответствующие корреляционные операции в частотной области идентичны операции свертки. Результирующий отклик корреляционной функции сравнивается с пороговым напряжением. Обработка производится в реальном масштабе времени, т.е. отсчеты входной реализации обновляются в соответствии с теоремой Котельникова. Превышение порогового значения происходит в момент компенсации задержки τ=0. При этом принимается решение об обнаружении цели, а сам момент будет соответствовать дистанции до цели. Рассмотренный способ является оптимальный с точки зрения отношения сигнал/помеха для детерминированного сигнала. Однако он не позволяет избежать потерь в отношении сигнал/помеха в условиях переменного доплеровского эффекта. Целью предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости за счет уменьшения потерь в отношении сигнал/помеха, связанных с переменной доплеровской дисперсией, обусловленной изменением доплеровского параметра в пределах длительности сигнала.where ν is the frequency shift of the echo due to the Doppler effect. If the signals in the time domain are real, then the corresponding correlation operations in the frequency domain are identical to the convolution operation. The resulting response of the correlation function is compared with a threshold voltage. Processing is carried out in real time, i.e. samples of the input implementation are updated in accordance with the Kotelnikov theorem. Exceeding the threshold value occurs at the time of delay compensation τ = 0. In this case, a decision is made to detect the target, and the moment itself will correspond to the distance to the target. The considered method is optimal in terms of signal-to-noise ratio for a deterministic signal. However, it does not allow avoiding losses in the signal-to-noise ratio under conditions of a variable Doppler effect. The aim of the invention is to increase noise immunity by reducing losses in relation to signal / noise associated with variable Doppler dispersion due to a change in the Doppler parameter within the signal duration.
Поставленная цель достигается тем, что способ корреляционной обработки сигналов, отраженных от быстродвижущихся целей, основанный на излучении зондирующего сигнала, корреляционной обработке принятого процесса в реальном масштабе времени, заключающейся в перемножении принятого эхосигнала с копией излученного сигнала, вычислении преобразования Фурье от результата перемножения, нахождении квадрата модуля, сравнении полученного отклика квадрата модуля с пороговым напряжением, дополнительно содержит операции формирования зондирующего сигнала перед излучением по закону s(arctg(t)), где t - текущее время, интерполяции отсчетов принятого сигнала по закону , выполняемой в пределах временного интервала между двумя соседними отсчетами.This goal is achieved by the fact that the method of correlation processing of signals reflected from fast moving targets, based on the radiation of the probe signal, correlation processing of the received process in real time, which consists in multiplying the received echo signal with a copy of the emitted signal, calculating the Fourier transform from the result of multiplication, finding the square module, comparing the received response of the square of the module with a threshold voltage, further comprises probing operations a signal s (arctg (t)) before radiation according to the law, where t - current time interpolation of samples of the received signal according to the law performed within the time interval between two adjacent samples.
Суть способа состоит в следующем. Исходный сигнал, представляющий собой отрезок тонального импульса S(t)=cos(2·π·f0·t), подвергают временному преобразованию по закону таким образом, в среду излучается сигнал с эллиптической ЧМ от верхних частот к нижним вида:The essence of the method is as follows. The initial signal, which is a segment of the tonal pulse S (t) = cos (2 · π · f 0 · t), is subjected to temporary transformation according to the law Thus, an elliptical FM signal is emitted from the upper frequencies to the lower ones:
где t0 - момент, соответствующий началу сигнала,where t 0 is the moment corresponding to the beginning of the signal,
f0 - начальная частота,f 0 is the initial frequency,
β - масштабный множитель,β is a scale factor,
После временного преобразования эхосигнала, отраженного от движущейся цели, осуществляется интерполяция отсчетов принятого сигнала и его взаимнокорреляционная обработка (ВКФ) с сигналом-эталоном в реальном масштабе времени.After a temporary conversion of the echo signal reflected from the moving target, the samples of the received signal are interpolated and mutually correlated (VKF) with the reference signal in real time.
Временной интервал между моментами приема и излучения сигнала τ соответствует дальности до цели. Эхосигнал в результате доплеровского преобразования имеет видThe time interval between the moments of reception and emission of the signal τ corresponds to the range to the target. The echo signal as a result of the Doppler conversion has the form
где - доплеровский параметр,Where - Doppler parameter,
где α - радиальная скорость цели и β - радиальное ускорение цели.where α is the radial velocity of the target and β is the radial acceleration of the target.
Принимается гипотеза о том, что радиальное ускорение является постоянным, а радиальная скорость меняется в течение длительности импульса. Иными словами дальность r(t) алроксимируется рядом Тейлора с точностью до второго члена разложения. Такой доплеровский эффект будем называть переменным. Переменный доплеровский параметр можно записать в виде:The hypothesis is accepted that the radial acceleration is constant, and the radial velocity changes over the duration of the pulse. In other words, the range r (t) is approximated by the Taylor series up to the second term of the expansion. Such a Doppler effect will be called a variable. The variable Doppler parameter can be written as:
где r(1)(t)=ν(t) - относительная скорость источника и приемника.where r (1) (t) = ν (t) is the relative speed of the source and receiver.
Переменный доплеровский параметр действует на время согласно правилу:The variable Doppler parameter acts for a time according to the rule:
Преобразование времени при текущем доплеровском преобразовании носит функциональный характер.The time conversion in the current Doppler transformation is functional in nature.
Другой характеристикой эффекта Доплера является скорость преобразования носителя времени:Another characteristic of the Doppler effect is the conversion speed of the time carrier:
Заметим, что значения текущего доплеровского параметра не совпадает со скоростью преобразования носителя времени, но эти функции являются локально близкими. Действительно, разлагая (0.2) в ряд Тейлора и ограничиваясь двумя членами разложения, имеемNote that the values of the current Doppler parameter do not coincide with the conversion rate of the time carrier, but these functions are locally close. Indeed, expanding (0.2) into a Taylor series and restricting ourselves to two terms of the expansion, we have
Полагая в (0.4) перепишемAssuming in (0.4) we rewrite
Сравнение (0.3) с (0.5) доказывает отмеченное.A comparison of (0.3) with (0.5) proves the above.
Рассмотрим представления сигналов с учетом скорости преобразования носителя времени. Преобразование времени (с точностью до задержки) можно найти путем интегрирования соотношения (0.3)Consider the representation of signals, taking into account the speed of conversion of the time carrier. The time transformation (up to a delay) can be found by integrating relation (0.3)
что совпадает с точностью до задержки с (0.3).which coincides up to a delay with (0.3).
Преобразование времени с учетом параметра β называют переменным доплеровским эффектом [4, 5].The time transformation taking into account the parameter β is called the variable Doppler effect [4, 5].
Переменный доплеровский эффект приближенно можно записать в виде одного параметра φThe variable Doppler effect can be approximately written as a single parameter φ
которому соответствует матрица вида:which corresponds to a matrix of the form:
Действительно, соотношение (0.7) записывается в виде композиции трех матриц:Indeed, relation (0.7) is written as a composition of three matrices:
Первый класс матриц отвечает за сдвиг сигнала во времени, второй - гиперболического типа отвечает за доплеровские преобразования, а третий - за переменный эффект Доплера [5].The first class of matrices is responsible for the shift of the signal in time, the second, of the hyperbolic type, is responsible for the Doppler transformations, and the third is for the variable Doppler effect [5].
Таким образом, группа преобразований, связанная с матрицами (0.9), включает в себя сдвиги, доплеровские преобразования и переменный доплеровский эффект. Из анализа (0.9) следует, что при малом параметре φ основной вклад будет давать преобразование т.е. преобразование, отвечающее за изменение доплеровского параметра во времени. В реальных условиях локации объектов параметр φ является малым. А коэффициенты матрицы второго класса имеют второй порядок малости. Действительно при малом параметре Поскольку система по определению инвариантна относительно сдвига, то коэффициенты первой матрицы не оказывают влияние на преобразование сигнала. Так как сигнал в эллиптическом временном масштабе будет представлять собой отрезок гармонического сигнала, а в обычном временном масштабе он будет являться искаженным, то для его перехода к равномерному масштабу времени нам необходимо произвести интерполяцию отсчетов принятого эллиптического сигнала по тангенциальному закону.Thus, the group of transformations associated with matrices (0.9) includes shifts, Doppler transformations, and a variable Doppler effect. From the analysis of (0.9) it follows that for a small parameter φ the main contribution will be made by the transformation those. transformation responsible for the change in the Doppler parameter in time. Under real conditions of location of objects, the parameter φ is small. And the coefficients of the matrix of the second class are of the second order of smallness. Valid for a small parameter Since the system, by definition, is invariant with respect to the shift, the coefficients of the first matrix do not affect the signal transformation. Since the signal in the elliptical time scale will be a segment of the harmonic signal, and in the usual time scale it will be distorted, to transfer it to a uniform time scale, we need to interpolate the samples of the received elliptical signal according to the tangential law.
Следующим шагом является выбор сигнала, с большой точностью приближающегося к инвариантному относительно эллиптического преобразования сигнала. Этим сигналом является сигнал вида:The next step is the selection of a signal approaching with great accuracy to a signal that is invariant with respect to the elliptical transformation. This signal is a signal of the form:
где f0 - эллиптическая частота,where f 0 is the elliptical frequency,
Т - длительность сигнала (0.10), где T is the signal duration (0.10), where
Соотношение (0.10) задает операцию формирования излучаемого сигнала из отрезка тона.Relation (0.10) defines the operation of generating a radiated signal from a tone segment.
После дискретизации принятого сигнала производится интерполяция по его отсчетам. Этим сигналом является сигнал вида (0.9). Использование этого сигнала обусловлено тем, что в своем масштабе он является отрезком экспоненциального тонального сигнала. Для реализации сигнала в своем масштабе необходимо провести его интерполяцию по закону:After discretization of the received signal, interpolation is carried out according to its samples. This signal is a signal of the form (0.9). The use of this signal is due to the fact that in its scale it is a segment of an exponential tone signal. To implement a signal on its scale, it is necessary to interpolate it according to the law:
Численный эксперимент показал, что сигнал (0.10) инвариантен относительно эллиптического преобразования. Заметим также, что эталон сигнала для коррелятора должен быть обязательно комплексным A numerical experiment showed that the signal (0.10) is invariant with respect to the elliptic transformation. We also note that the signal standard for the correlator must be complex
Устройство, реализующее предлагаемый способ обнаружения и фильтрации эхо-сигналов от быстро движущихся целей, представлено на Фиг.1.A device that implements the proposed method for detecting and filtering echoes from fast moving targets, is presented in figure 1.
Оно содержит:It contains:
Задающий генератор (ЗГ) - 1The master generator (ZG) - 1
Коммутатор - 2Switch - 2
Блок преобразования сигнала по эллиптическому закону - 3Elliptical Signal Transformation Block - 3
Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) - 4Digital to Analog Converter (DAC) - 4
Излучатель - 5Emitter - 5
Первый блок синхронизации - 6The first synchronization block is 6
Второй блок синхронизации - 7The second block synchronization - 7
Приемник - 8Receiver - 8
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - 9Analog-to-Digital Converter (ADC) - 9
Элемент задержки (ЭЗ) - 10Delay Element (ES) - 10
Блок интерполяции - 11Interpolation block - 11
Блок перемножения - 12Multiplication Block - 12
Блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) - 13Fast Fourier Transform Unit (FFT) - 13
Блок вычисления квадрата модуля - 14Unit square calculator - 14
Пороговый блок - 15Threshold block - 15
Блок анализа и принятия решения - 16Analysis and Decision Making Unit - 16
ЗГ 1 представляет собой генератор зондирующих импульсов и может быть реализован в цифровом виде [16].
Первый блок синхронизации 6 вырабатывает остроконечные импульсы, определяющие частоту следования зондирующих сигналов. Эти импульсы используются для запуска излучателя и в качестве опорных сигналов дальности, т.е. для измерения времени запаздывания эхосигнала в блоке анализа и принятия решения 16 [17].The first synchronization unit 6 generates spiky pulses that determine the repetition rate of the probing signals. These pulses are used to start the emitter and as reference range signals, i.e. to measure the delay time of the echo signal in the block analysis and decision 16 [17].
Блок преобразования сигнала по эллиптическому закону 3 выполнен в цифровой реализации и осуществляет преобразование в соответствии с выражением (0.1). Сигнал в эллиптическом масштабе представлен в Приложении 1 (Рис.2). Второй блок синхронизации 7 вырабатывает тактовые импульсы, которые осуществляют синхронизацию работы ЦАП, АЦП, ЭЗ.The signal conversion unit according to elliptic law 3 is made in digital implementation and performs the conversion in accordance with expression (0.1). The signal on an elliptical scale is presented in Appendix 1 (Fig. 2). The second synchronization unit 7 generates clock pulses that synchronize the operation of the DAC, ADC, EZ.
ЭЗ 10 обеспечивает обработку входной реализации в реальном масштабе времени. В качестве ЭЗ можно использовать цифровые линии задержки с рециркуляцией (РЛЗ) [18].
Поясним сущность работы элемента задержки на основе РЛЗ. Компенсация задержки τ эхосигнала относительно зондирующего импульса производится следующим образом. На РЛЗ поступают отсчеты входного сигнала с интервалом дискретизации где fν - верхняя частота среза спектра сигнала. Допустим, что сигнал имеет fν=5 кГц и содержит N=1024 отсчета. Длительность его при этом составит Если шкала гидролокатора составляет Dmax=30 км, а максимальный интервал корреляции в этом случае между с моментом излучения и приема сигнала на вход устройства (без учета мертвой зоны) поступит отсчетов.Let us explain the essence of the operation of the delay element based on radar. Compensation of the delay τ of the echo signal relative to the probe pulse is as follows. The radar receives samples of the input signal with a sampling interval where fν is the upper cut-off frequency of the signal spectrum. Suppose that the signal has fν = 5 kHz and contains N = 1024 samples. In this case, its duration will be If the sonar scale is D max = 30 km, and the maximum correlation interval in this case, between the moment of emission and reception of the signal at the input of the device (excluding the dead zone) counts.
В этой последовательности необходимо выявить отсчеты, соответствующие полезному эхосигналу. Общее время задержки РЛЗ равно (N-1)·ΔT, где ΔT время задержки между соседними отводами.In this sequence, it is necessary to identify the samples corresponding to the useful echo signal. The total radar delay time is (N-1) · ΔT, where ΔT is the delay time between adjacent taps.
Интервал дискретизации входного сигнала равен общему времени задержки РЛЗ.The sampling interval of the input signal is equal to the total delay time of the radar.
В нашем случае In our case
На второй РЛЗ непрерывно рециркулирует сигнал-эталон. Полученный очередной отсчет реализации сдвигается вдоль всей первой РЛЗ и рециркулирует таким образом, что оказывается на выходе второго отвода РЛЗ к тому времени, когда будет взят следующий отсчет. После этого процесс повторяется и таким образом на отводах РЛЗ будут находиться последние N-1 отсчетов реализации.The second radar continuously recycles the reference signal. The obtained next implementation count is shifted along the entire first radar and is recycled in such a way that it is at the output of the second radar tap by the time the next count is taken. After that, the process is repeated and thus the last N-1 implementation counts will be located on the radar branches.
Блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) 14 предназначен для нахождения спектральной плотности сигнала и широко распространен в цифровой обработке сигналов [19]. Отклик на выходе блока 19 представляет собой ВКФ, приведенное в Приложении 1 (Рис.6).The Fast Fourier Transform Unit (FFT) 14 is designed to find the spectral density of a signal and is widely used in digital signal processing [19]. The response at the output of block 19 is a VKF given in Appendix 1 (Fig. 6).
Блок интерполяции 11 предназначен для проведения интерполяции отсчетов принятого сигнала и эталона по тангенциальному закону (0.11). Временные диаграммы принятого и интерполированного сигналов приведены в Приложении 1 (Рис.4).The
В блоке анализа и принятия решения 16 при превышении порогового значения принимается решение об обнаружении цели, а по измеренному временному интервалу между моментами излучения зондирующего импульса и превышению порога определяется дистанция до цели.In the analysis and decision block 16, when the threshold value is exceeded, a decision is made to detect the target, and the distance to the target is determined from the measured time interval between the moments of radiation of the probe pulse and the threshold is exceeded.
Для проверки достоверности предложенного способа и реализующего его устройства проведено моделирование на ПК в среде MathCad. Результаты моделирования приведены в Приложении 1.To verify the reliability of the proposed method and the device that implements it, modeling was carried out on a PC in the MathCad environment. The simulation results are given in
Устройство в целом функционирует следующим образом. Сигнал с выхода генератора зондирующих импульсов 1 поступает в блок преобразования по эллиптическому закону (0.1). Полученный сигнал в эллиптическом масштабе вида (0.1) после цифроаналогового преобразования в блоке 4 через коммутатор 2 по синхроимпульсу из блока синхронизации 6 выдается на излучатель 5 для излучения в среду. Отраженный эхосигнал с выхода АЦП 9 с частотой дискретизации, определяемой теоремой Котельникова fd≥2·fw, поступает на вход ЭЗ 10, где формируется и с каждым новым отсчетом обновляется выборка входной реализации длиной N-1 отсчетов.The device as a whole operates as follows. The signal from the output of the
В блоке интерполяции 11 производится преобразование входной реализации по закону (0.11), после чего сигнал становится тоном. Сформированная текущая дискретная выборка преобразованного сигнала перемножается с дискретной выборкой копии сигнала-эталона, результат перемножения поступает на вход блока быстрого преобразования Фурье 13. С выхода получаем спектральную взаимно корреляционную функциюIn the block of
вычисляемую в каждом моменте времени, взятого с дискретностью АЦП на входе приемника, где ν - частотный сдвиг эхосигнала вследствие эффекта Доплера (временная диаграмма показана в Приложении 1). После вычисления квадрата модуля в блоке 14 полученный результат сравнивается с порогом в пороговом блоке 15. При превышении порога в БА и ПР 16 принимается решение о наличие полезного сигнала. Поскольку входная реализация постоянно обновляется, т.е. обработка производится в реальном масштабе времени, измеренный в БА и ПР 16 временной интервал τ между моментами излучения зондирующего сигнала и превышения порога в блоке 16 будет соответствовать дистанции до цели где с - скорость распространения колебаний.calculated at each moment of time taken with ADC discreteness at the receiver input, where ν is the frequency shift of the echo signal due to the Doppler effect (the timing diagram is shown in Appendix 1). After calculating the square of the module in block 14, the result is compared with the threshold in threshold block 15. If the threshold is exceeded in BA and PR 16, a decision is made about the presence of a useful signal. Since the input implementation is constantly updated, i.e. the processing is carried out in real time, measured in BA and PR 16 the time interval τ between the moments of radiation of the probe signal and exceeding the threshold in block 16 will correspond to the distance to the target where c is the velocity of oscillation propagation.
ЛитератураLiterature
1. Келли. Радиолокационное измерение дальности, скорости и ускорения. Зарубежная радиоэлектроника (ЗР), №2, 1962, с.35-46.1. Kelly. Radar measurement of range, speed and acceleration. Foreign Radio Electronics (ЗР), No. 2, 1962, p. 35-46.
2. Справочник по радиолокации. Под ред. Сколника М., Сов. Радио, Том 3, 1976, с.122.2. Reference radar. Ed. Skolnik M., Sov. Radio, Volume 3, 1976, p. 122.
3. А.С. №537315 (СССР) от 30.11.76. Способ определения скорости движения судна относительно дна.3. A.S. No. 537315 (USSR) dated 11.30.76. A method for determining the speed of a vessel relative to the bottom.
4. Патент №4282589 США, 1981. Корреляционный способ измерения дальности.4. US patent No. 4282589, 1981. The correlation method of measuring range.
5. Патент №3938147 США, 1976. ЧМ доплеровская система измерения дальности.5. US patent No. 3938147, 1976. FM Doppler range measuring system.
6. Заявка №1482816 Великобритания. Способ и устройство для измерения доплеровского частотного сдвига.6. Application No. 1482816 United Kingdom. Method and device for measuring Doppler frequency shift.
7. Заявка №2605933 ФРГ. Способ измерения расстояния и скорости, основанный на использовании импульсной доплеровской РЛС.7. Application No. 2605933 Germany. A method of measuring distance and speed based on the use of a pulsed Doppler radar.
8. Заявка №56-41953 Япония 1981. Способ и прибор для измерения расстояния с помощью РЛС непрерывного излучения с ЧМ.8. Application No. 56-41953 Japan 1981. A method and apparatus for measuring distance using a continuous-wave radar with FM.
9. А.С. №687427 (СССР). Устройство для цифрового анализа сигналов.9. A.S. No. 687427 (USSR). Device for digital signal analysis.
10. Крамер. Допустимая расстройка скорости и ускорения в высокочувствительных широкополосных корреляционных гидролокаторах с линейной ЧМ, ТИИЭР т.55 №5, 1967, c.3.10. Cramer. Permissible detuning of speed and acceleration in highly sensitive broadband correlation sonars with linear FM, TIIER vol. 55 No. 5, 1967, p.3.
11. Рихачек. Сигналы, допустимые с точки зрения доплеровского эффекта. ТИИЭР т.54 №6, 1966, с.39-41.11. Rikhachek. Signals that are acceptable in terms of the Doppler effect. TIIER vol. 54 No. 6, 1966, p. 39-41.
12. Рихачек. Разрешение подвижных целей в радиолокации. ЗР №1, 1968, с.3.12. Rikhachek. Resolution of moving targets in radar.
13. Келли, Вишнер. Теория согласованной фильтрации целей, движущихся ускоренно с высокими скоростями. ЗР №10, 1965, с.38.13. Kelly, Wischner. Theory of consistent filtering of targets moving accelerated at high speeds. ZR No. 10, 1965, p. 38.
14. Киблер. КЭВОРТ - устройство оптимальной обработки пачечного радиолокационного сигнала с учетом ускорения целей, 1968, с.27-33.14. Kibler. KEVORT - device for optimal processing of a burst radar signal taking into account acceleration of targets, 1968, p. 27-33.
15. Бурдик B.C. Анализ гидроакустических систем. Л., Судостроение. 1988 г., стр.194 (ПРОТОТИП).15. Burdick B.C. Analysis of sonar systems. L., Shipbuilding. 1988, p. 194 (PROTOTYPE).
16. Найт У. Цифровая обработка сигналов в гидролокационных системах. ТИИЭР т.69 №11, 1981, с.127.16. Knight W. Digital signal processing in sonar systems. TIIER vol. 69 No. 11, 1981, p. 127.
17. Белоцерковский Г. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. М., Сов. Радио, 1975, с.25-26.17. Belotserkovsky G. Fundamentals of radar and radar devices. M., Sov. Radio, 1975, p. 25-26.
18. Применение цифровой обработки сигналов под ред. Оппенгейма Э.М. Мир, 1980, с.417-418.18. The use of digital signal processing, ed. Oppenheim E.M. World, 1980, p. 417-418.
19. Корнеев В., Кисилев А. Современные микропроцессоры. М., Изд. «Нолидж», 1998, с.136-138.19. Korneev V., Kisilev A. Modern microprocessors. M., ed. Nolidzh, 1998, p.136-138.
Приложение 1
Программа формирования корреляционного приемника с эллиптической модуляцией сигналов.The program for the formation of a correlation receiver with elliptical modulation of signals.
Задаем весовое прямоугольное окно:Set the weighted rectangular window:
Задаем количество эллиптических волн:Set the number of elliptical waves:
Nw:=128Nw: = 128
Задаем эллиптическую длительность сигнала:Set the elliptical signal duration:
T0:=πT0: = π
Определяем эллиптическую частоту сигнала:Determine the elliptical frequency of the signal:
f0=40.744 f0 = 40.744
Коэффициент расширения полосы: β:=1Band expansion coefficient: β: = 1
Задаем исходный сигнал:Set the source signal:
s(t):=exp(-i·2·π·f0·t)·rect(t)s (t): = exp (-i · 2 · π · f0 · t) · rect (t)
Проводим модуляцию сигнала поэллиптическому закону:We carry out the modulation of the signal according to the elliptic law:
Проводим дискретизацию принятого сигнала:Sample the received signal:
Н:=10 n:=0...2H-1 N:=2H γ:=1H: = 10 n: = 0 ... 2 H -1 N: = 2 H γ: = 1
tn:=n·Δtt n : = n
s2n:=s1(tn)s2 n : = s1 (t n )
Dn:=n·ΔtD n : = n
Проведение интерполяции сигнала по тангенциальному закону:Performing signal interpolation according to the tangential law:
Ssum:=cfft(sumsig)Ssum: = cfft (sumsig)
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005128998/09A RU2293997C1 (en) | 2005-09-13 | 2005-09-13 | Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005128998/09A RU2293997C1 (en) | 2005-09-13 | 2005-09-13 | Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2293997C1 true RU2293997C1 (en) | 2007-02-20 |
Family
ID=37863530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005128998/09A RU2293997C1 (en) | 2005-09-13 | 2005-09-13 | Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2293997C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487367C2 (en) * | 2009-06-15 | 2013-07-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method and apparatus for fast computation of signal uncertainty function based on reverberation interference |
RU2528556C1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-09-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing sonar echo signal |
RU2650835C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-04-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of the target parameters determining by the sonar |
RU2674552C1 (en) * | 2017-12-07 | 2018-12-11 | Акционерное общество "Концерн" "Океанприбор" | Sonar method of object detection and measurement of parameters thereof |
RU2694269C1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-07-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for processing sonar information |
RU2832199C1 (en) * | 2023-01-25 | 2024-12-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for digital processing of complex broadband location signals |
-
2005
- 2005-09-13 RU RU2005128998/09A patent/RU2293997C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487367C2 (en) * | 2009-06-15 | 2013-07-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method and apparatus for fast computation of signal uncertainty function based on reverberation interference |
RU2528556C1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-09-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing sonar echo signal |
RU2650835C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-04-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of the target parameters determining by the sonar |
RU2674552C1 (en) * | 2017-12-07 | 2018-12-11 | Акционерное общество "Концерн" "Океанприбор" | Sonar method of object detection and measurement of parameters thereof |
RU2694269C1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-07-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for processing sonar information |
RU2832199C1 (en) * | 2023-01-25 | 2024-12-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for digital processing of complex broadband location signals |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101908196B1 (en) | Frequency modulation scheme for fmcw radar | |
US11846696B2 (en) | Reduced complexity FFT-based correlation for automotive radar | |
JP5871559B2 (en) | Radar equipment | |
JP5251591B2 (en) | Pulse compressor | |
JP2001133544A (en) | Radar device and its coherent integrating method | |
JP5823062B2 (en) | Radar equipment | |
JP6324327B2 (en) | Passive radar equipment | |
JP5460290B2 (en) | Radar equipment | |
US6624783B1 (en) | Digital array stretch processor employing two delays | |
Zheng et al. | Radar detection and motion parameters estimation of maneuvering target based on the extended keystone transform (July 2018) | |
JP2012042214A (en) | Radar device | |
JP4711305B2 (en) | Object identification device | |
JP4992139B2 (en) | Target identification device | |
RU2293997C1 (en) | Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets | |
CN115657018A (en) | Method, device, equipment and medium for improving random frequency hopping radar imaging | |
JP6573748B2 (en) | Radar equipment | |
KR101524550B1 (en) | Method and Apparatus for a fast Linear Frequency Modulation target detection compensating Doppler effect according to the target speed | |
JP6976189B2 (en) | Object detector | |
Wei et al. | Sequential-based range-Doppler estimation with fast and slow time sub-nyquist sampling | |
JP2000304862A (en) | Distance measuring method for at least one target object | |
RU2589036C1 (en) | Radar with continuous noise signal and method of extending range of measured distances in radar with continuous signal | |
JP5625326B2 (en) | Radar apparatus and distance measurement method thereof | |
JP2015049074A (en) | Radar and object detection method | |
ITRM20130290A1 (en) | CONSISTENT RADAR | |
JP7316854B2 (en) | object detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090914 |