RU2379704C1 - Method of multiple target resolution - Google Patents
Method of multiple target resolutionInfo
- Publication number
- RU2379704C1 RU2379704C1 RU2008123044/09A RU2008123044A RU2379704C1 RU 2379704 C1 RU2379704 C1 RU 2379704C1 RU 2008123044/09 A RU2008123044/09 A RU 2008123044/09A RU 2008123044 A RU2008123044 A RU 2008123044A RU 2379704 C1 RU2379704 C1 RU 2379704C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- doppler
- vector
- filter
- subset
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в бортовых, наземных и корабельных радиолокационных станциях (РЛС) для разрешения отдельных целей из состава групповой в импульсном объеме.The invention relates to radar and can be used in airborne, ground and ship radar stations (radar) to resolve individual targets from the group in the pulse volume.
Известен способ обнаружения групповой цели [Патент РФ №2157550 МПК G01S 5/04, 3/72]. Решение задачи основывается на том, что различные процедуры пеленгования групповой цели, протяженной по угловым координатам, дают несовпадающие пеленги. Для этого пеленгацию осуществляют одновременно на основе двух или более известных процедур (одноканальной, моноимпульсной, по направлению приема излучений бортовых радиоэлектронных средств) и принимают решение о наличии групповой цели, если разброс полученных значений пеленга превышает порог.A known method for detecting a group target [RF Patent No. 2157550 IPC
Недостаток способа состоит в том, что существенно снижается вероятность обнаружения групповой цели с увеличением дальности до нее.The disadvantage of this method is that the probability of detecting a group target with an increase in the range to it is significantly reduced.
Действительно, физической основой работоспособности способа является угловой шум цели. Угловая ошибка пеленгации РЛС, вызванная угловым шумом, определяется выражением σ=σуш/r (σуш - среднеквадратическое значение углового шума, выраженного в линейных единицах; r - дальность до групповой цели) [Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Т.1. М.: Сов. радио, 1979, с.409]. Так как угловые ошибки, вызванные угловым шумом, обратно пропорциональны дальности, то влияние этого шума сказывается главным образом на средних и малых дальностях [Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Т.1. М.: Сов. радио, 1979, с.409]. Так, если пеленгатор обеспечивает точность, равную 0,1×Θ (Θ - ширина диаграммы направленности антенны РЛС), то при ширине диаграммы в 1° ошибка пеленгации составит 1,7×10-3 рад. Максимальное среднеквадратическое значение углового шума групповой цели равно 0,5×L (L - наибольший размер групповой цели) [Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Т.1. М.: Сов. радио, 1979, с.411]. Тогда для групповой цели с размером L, равным 100 м, угловая ошибка будет составлять 2,5×10-3 рад и 5×10-4 рад на дальностях 20 и 100 км соответственно. Как видно из приведенных расчетов, на больших дальностях ошибка, вызванная угловым шумом, существенно меньше ошибки самого пеленгатора, что приводит к снижению вероятности обнаружения групповой цели данным способом.Indeed, the physical basis for the operability of the method is the angular noise of the target. The angular error of radar direction-finding caused by angular noise is determined by the expression σ = σ usd / r (σ ush is the rms value of the angular noise expressed in linear units; r is the distance to the group target) [Radar Reference. Ed. M. Skolnik. T.1. M .: Sov. Radio, 1979, p. 409]. Since angular errors caused by angular noise are inversely proportional to range, the effect of this noise affects mainly medium and short ranges [Radar Handbook. Ed. M. Skolnik. T.1. M .: Sov. Radio, 1979, p. 409]. So, if the direction finder provides an accuracy of 0.1 × Θ (Θ is the width of the radiation pattern of the radar antenna), then with a beam width of 1 ° the direction finding error will be 1.7 × 10 -3 rad. The maximum rms angular noise of a group target is 0.5 × L (L is the largest group target size) [Radar Reference. Ed. M. Skolnik. T.1. M .: Sov. Radio 1979, p. 411]. Then, for a group target with a size L equal to 100 m, the angular error will be 2.5 × 10 -3 rad and 5 × 10 -4 rad at ranges of 20 and 100 km, respectively. As can be seen from the above calculations, at large ranges, the error caused by angular noise is significantly less than the error of the direction finder itself, which reduces the probability of detecting a group target in this way.
Известен способ обнаружения групповой цели [Патент РФ №2143706, МПК G01S 3/22]. Сущность способа заключается в том, что осуществляют оценку приращения сигнала пеленгационной ошибки, например, в угломестной плоскости ΔUε, и сравнивают ее с установленным порогом, соответствующим аппаратурной ошибке РЛС. Для повышения вероятности правильного обнаружения групповой цели сигнал пеленгационной ошибки Uε фиксируют в начале (Uεн) и в конце пачки (Uεк) суммарного сигнала, а также учитывают угол γ между плоскостью сканирования луча антенны РЛС и плоскостью пеленгации. При этом формируют выходной сигнал ΔUε=|Uεн-Uεк|, служащий для обнаружения групповой цели. При наличии одиночной цели значения Uε в начале Uεн, и в конце пачки Uεк остаются неизменными Uε=Uεн=Uεк, а при наличии групповой цели изменяются в соответствии со смещением энергетического центра, т.е. зависят от ее угловых размеров.A known method for detecting a group target [RF Patent No. 2143706, IPC
Недостатком способа, как и ранее рассмотренного, является зависимость вероятности правильного обнаружения групповой цели от дальности до нее.The disadvantage of the method, as previously discussed, is the dependence of the probability of the correct detection of a group target on the range to it.
Известен способ обнаружения групповой цели [Патент США №4536764, МПК G01S 7/28, 13/52]. Сущность способа заключается в том, что выделяют квадратурные составляющие комплексной огибающей принятого антенной сигнала, в каждой квадратурной составляющей осуществляют преобразование сигнала в цифровую форму, в пределах интервала, равного длительности зондирующего импульса, производят суммирование цифровых отсчетов, подвергают полученные в результате суммирования N отсчетов амплитудному взвешиванию, осуществляют фильтровую обработку по алгоритму N-точечного быстрого преобразования Фурье (БПФ), вычисляют модуль комплексной огибающей сигнала на выходе доплеровских фильтров, выбирают множество смежных доплеровских фильтров, определяют первую доплеровскую частоту f1 из названного множества смежных доплеровских фильтров, как частоту фильтра jmax1 с максимальной амплитудой сигнала, выбирают первое подмножество множества смежных доплеровских фильтров R1 с центром около выбранной первой доплеровской частоты f1, получают величину первого порога путем перемножения амплитуды сигнала первой доплеровской частоты f1 с первым множителем, меньшим единицы, в первом подмножестве множества смежных доплеровских фильтров R1, определяют группы амплитуд сигналов, превысивших первый порог, разделяют полученные группы амплитуд сигналов на кластеры, ширина которых составляет три доплеровских фильтра, подсчитывают количество кластеров для получения первого счета C1, ослабляют путем бланкирования амплитуды сигналов первой доплеровской частоты f1 и группы доплеровских частот, расположенных вблизи, определяют вторую доплеровскую частоту f2, как частоту фильтра jmах2 с максимальной амплитудой сигнала среди неослабленных сигналов из первого подмножества смежных доплеровских фильтров R2, выбирают второе подмножество множества смежных доплеровских фильтров R2 с центром около выбранной второй доплеровской частоты f2, получают величину второго порога путем перемножения амплитуды сигнала второй доплеровской частоты f2 со вторым множителем, если первый счет C1 меньше или равен единице, или путем перемножения амплитуды сигнала второй доплеровской частоты f2 с первым множителем, если первый счет С1 больше единицы, затем во втором подмножестве множества смежных доплеровских фильтров R2, определяют группы амплитуд сигналов, превысивших второй порог, разделяют полученные группы амплитуд сигналов на кластеры, ширина которого составляет три доплеровских фильтра, подсчитывают количество кластеров для получения второго счета С2, вычисляют промежуточный счет в соответствии с математическим выражениемA known method for detecting a group target [US Patent No. 4536764, IPC
C=C1-|C2-C1|+1,C = C 1 - | C 2 -C 1 | +1,
приравнивают далее окончательный счет к промежуточному счету С, если полученный промежуточный счет С больше или равен единице, либо приравнивают окончательный счет к единице, если полученный промежуточный счет С меньше единицы, принимают решение об обнаружении групповой цели, если полученный окончательный счет больше единицы.Further, the final score is equated to the interim account C, if the received interim account C is greater than or equal to one, or the final score is equal to one, if the received interim account C is less than one, a decision is made to detect a group target if the resulting final score is more than one.
Недостатком способа является невысокая вероятность обнаружения групповой цели, доплеровские частоты сигналов которой находятся в пределах одного кластера, т.е. разрешающая способность способа-прототипа определяется шириной кластера, которая принципиально не может быть меньше ширины одного-трех доплеровских фильтров.The disadvantage of this method is the low probability of detecting a group target whose Doppler signal frequencies are within the same cluster, i.e. The resolution of the prototype method is determined by the width of the cluster, which in principle cannot be less than the width of one or three Doppler filters.
Наиболее близким техническим решением является способ обнаружения групповой цели [Патент РФ №2293349 (приоритет от 18.05.2005 г.) МПК G01S 13/04, 13/56]. Сущность способа заключается в том, что выделяют квадратурные составляющие комплексной огибающей принятого антенной сигнала, в каждой квадратурной составляющей осуществляют преобразование сигнала в цифровую форму, в пределах интервала, равного длительности зондирующего импульса, производят суммирование цифровых отсчетов, подвергают полученные в результате суммирования N отсчетов амплитудному взвешиванию, осуществляют фильтровую обработку по алгоритму N-точечного БПФ, для всех доплеровских фильтров сигнал в j-ом фильтре домножают на величину , вычисляют модуль комплексной огибающей сигнала на выходе доплеровских фильтров, выбирают множество смежных доплеровских фильтров, определяют доплеровскую частоту f1 из названного множества смежных доплеровских фильтров, как частоту фильтра jmax1 с максимальной амплитудой сигнала, выбирают подмножество множества смежных доплеровских фильтров R1 с центром около выбранной доплеровской частоты f1, для всех фильтров подмножества R1 вычисляют коэффициент bj, равный отношению амплитуды сигнала j-го фильтра к найденной максимальной амплитуде сигнала в фильтре jmах1 :The closest technical solution is a method for detecting a group target [RF Patent No. 2293349 (priority from 05/18/2005) IPC G01S 13/04, 13/56]. The essence of the method is that the quadrature components of the complex envelope of the received signal antenna are extracted, the signal is converted into digital form in each quadrature component, within the interval equal to the duration of the probe pulse, digital samples are added up, N samples obtained from the summation are subjected to amplitude weighting filtering is performed according to the N-point FFT algorithm; for all Doppler filters, the signal in the jth filter is multiplied by value the module of the complex envelope of the signal at the output of the Doppler filters is calculated, the set of adjacent Doppler filters is selected, the Doppler frequency f 1 is determined from the above set of adjacent Doppler filters as the filter frequency jmax1 with the maximum signal amplitude, the subset of the set of adjacent Doppler filters R 1 with the center near the selected Doppler frequency f 1 , for all filters of the subset R 1 calculate the coefficient b j equal to the ratio of the amplitude of the signal of the j-th filter to the found maximum signal amplitude in the filter jmax1 :
вычисляют величины равные разностям модулей соответствующих квадратурных составляющих сигнала j-го фильтра и произведений найденных коэффициентов bj на модули соответствующих квадратурных составляющих сигнала фильтра с максимальной амплитудой:calculate values equal to the differences between the modules of the corresponding quadrature components of the jth filter signal and the products of the found coefficients b j by the modules of the corresponding quadrature components of the filter signal with the maximum amplitude:
рассчитывают показатель какcalculate indicator as
сравнивают полученный показатель с порогом обнаружения η, который устанавливают исходя из требуемого значения вероятности ложного обнаружения групповой цели, при превышении порога хотя бы в одном фильтре принимают решение об обнаружении групповой цели.compare the result with a detection threshold η, which is set based on the required value of the probability of false detection of a group target, when the threshold is exceeded, at least one filter decides to detect a group target.
Недостатками способа-прототипа являются невозможность определения количества и частот Доплера отдельных целей в составе групповой, а также невозможность разрешения групповой цели, доплеровские частоты сигналов которой находятся в пределах одного фильтра N-точечного БПФ, т.е. потенциальная разрешающая способность способа-прототипа определяется шириной одного доплеровского фильтра N-точечного БПФ.The disadvantages of the prototype method are the inability to determine the number and Doppler frequencies of individual targets in the group, as well as the inability to resolve the group target, the Doppler frequencies of the signals of which are within the same N-point FFT filter, i.e. The potential resolution of the prototype method is determined by the width of one Doppler filter of an N-point FFT.
Изобретение решает задачу: после обнаружения групповой цели согласно способу-прототипу обеспечить возможность определения количества и частот Доплера эхосигналов отдельных целей в составе групповой, в том числе в случае, когда доплеровские частоты сигналов отдельных целей находятся в пределах одного доплеровского фильтра N-точечного БПФ и отсутствует разрешение по дальности и угловым координатам.The invention solves the problem: after detecting a group target according to the prototype method, it is possible to determine the number and frequencies of Doppler echoes of individual targets as part of a group, including when Doppler frequencies of signals of individual targets are within the same Doppler filter of an N-point FFT and are absent resolution in range and angular coordinates.
Решение задачи заключается в том, что после осуществления суммирования цифровых отсчетов дополняют полученную в результате суммирования последовательность N отсчетов нулями до последовательности из М отсчетов, гдеThe solution to the problem is that after the summation of the digital samples is completed, the sequence of N samples obtained by summing is supplemented with zeros to a sequence of M samples, where
М=2n>N (n - целое число), подвергают полученные М отсчетов амплитудному взвешиванию, осуществляют фильтровую обработку по алгоритму M-точечного БПФ, вычисляют модуль комплексной огибающей сигнала на выходе алгоритма БПФ, выбирают множество смежных доплеровских фильтров, определяют доплеровскую частоту f1 из названного множества смежных доплеровских фильтров, как частоту фильтра jmах1 с максимальной амплитудой сигнала, выбирают подмножество множества смежных доплеровских фильтров R1 с центром около выбранной доплеровской частоты f1, составленный из комплексных амплитуд сигналов фильтров подмножества R1 вектор Z умножают на заранее рассчитываемую обратную автокорреляционную матрицу, сравнивают модули элементов полученного в результате умножения вектора Е с пороговыми значениями, которые устанавливают исходя из требуемых значений вероятностей ложных решений, при превышении порога i-м элементом вектора Е принимают решение о наличии сигнала отдельной цели в составе групповой с частотой Доплера, соответствующей i-му фильтру подмножества R1.M = 2 n > N (n is an integer), the obtained M samples are subjected to amplitude weighing, filtering is performed according to the M-point FFT algorithm, the module of the complex envelope of the signal at the output of the FFT algorithm is calculated, the set of adjacent Doppler filters is selected, the Doppler frequency f is determined 1 of the above set of adjacent Doppler filters, as the filter frequency jmax1 with the maximum signal amplitude, select a subset of the set of adjacent Doppler filters R 1 centered around the selected Doppler frequency f 1 , derived from the complex amplitudes of the filter signals of the subset R 1, the vector Z is multiplied by a pre-calculated inverse autocorrelation matrix, the modules of the elements obtained as a result of the multiplication of the vector E are compared with threshold values, which are set based on the required values of the probability of false decisions, when the threshold is exceeded by the ith element of the vector E decide on the presence of a single target signal as part of a group signal with a Doppler frequency corresponding to the ith filter of the subset R 1 .
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ разрешения групповой цели, где 1 - фазовый детектор, 2 - фильтр нижних частот, 3 - аналого-цифровой преобразователь, 4 - сумматор, 5 - антенна, 6 - приемник, 7 - гетеродин, 8 - процессор обработки сигналов. На фиг.2 представлена схема, поясняющая последовательность преобразования сигнала в процессоре обработки сигналов 8. На фиг.3-5 приведены диаграммы, демонстрирующие возможность определения предлагаемым способом количества и частот Доплера эхосигналов отдельных целей в составе групповой, в том числе в случае, когда доплеровские частоты сигналов отдельных целей находятся в пределах одного доплеровского фильтра N-точечного БПФ. На фиг.3-5 исходная последовательность из N отсчетов дополнена нулями до М отсчетов так, что M=4N. Поэтому отстояние фильтров по оси частот в полученном по результатам M-точечного БПФ подмножестве R1 в четыре раза меньше, чем отстояние (ширина) фильтров в N-точечном БПФ. На фиг.3 представлены результаты обработки сигналов для одноцелевой ситуации, на фиг.4 - для двухцелевой и на фиг.5 - для трехцелевой. На фиг.4 и фиг.5 отстояние по частоте Доплера эхосигналов целей соответствует половине ширины фильтра N-точечного БПФ.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a structural diagram of a device that implements the proposed method for resolving a group target, where 1 is a phase detector, 2 is a low-pass filter, 3 is an analog-to-digital converter, 4 is an adder, 5 is an antenna, 6 is a receiver, 7 is a local oscillator , 8 - signal processing processor. Figure 2 presents a diagram explaining the sequence of signal conversion in the
Суть изобретения состоит в следующем. Известно, что отклик на сумму входных воздействий для линейных систем, к которым относится и алгоритм БПФ, представляет собой суперпозицию откликов на каждое воздействие. То есть отклик алгоритма БПФ на смесь эхосигналов отдельных целей из состава групповой есть не что иное, как сумма откликов на эхосигнал каждой отдельной цели. Отклик алгоритма БПФ на эхосигнал отдельной цели представляет собой смещенную на частоту Доплера автокорреляционную функцию весового окна, умноженную на комплексную амплитуду эхосигнала. Проведя обратное линейное преобразование выходного сигнала БПФ на подмножестве R1, определяют значения комплексных амплитуд эхосигналов отдельных целей из состава групповой на всех частотах, соответствующих точкам БПФ подмножества R1. Эхосигналы реальных отдельных целей "расположены" только в определенных точках частотной оси, соответствующих частотам Доплера эхосигналов этих целей. В этих точках из подмножества R1 после вышеуказанного обратного линейного преобразования формируются комплексные амплитуды этих эхосигналов. В остальных точках подмножества R1 формируются нули, так как отсутствуют эхосигналы реальных целей с такими частотами Доплера. При наличии шумов наблюдения в точках частотной оси, где отсутствуют реальные эхосигналы, будут получены значения, близкие к нулю. Сравнив модули полученных на подмножестве R1 оценок амплитуд с порогами, установленными исходя из уровня шумов наблюдения, оценивают количество и частоты Доплера эхосигналов отдельных целей из состава групповой. При этом потенциальная разрешающая способность определяется частотным удалением фильтров М-точечного БПФ.The essence of the invention is as follows. It is known that the response to the sum of input actions for linear systems, which include the FFT algorithm, is a superposition of responses to each effect. That is, the response of the FFT algorithm to the mixture of echoes of individual targets from the group is nothing more than the sum of the responses to the echo of each individual target. The response of the FFT algorithm to the echo of an individual target is the autocorrelation function of the weight window shifted by the Doppler frequency multiplied by the complex amplitude of the echo. Having inverse linear transformation FFT output signal on a subset of R 1, determined values of the complex amplitudes of the echoes from the individual targets group at all frequencies corresponding FFT points subset R 1. The echoes of real individual targets are "located" only at certain points on the frequency axis corresponding to the Doppler frequencies of the echoes of these targets. At these points from the subset R 1 after the above inverse linear transformation, the complex amplitudes of these echo signals are formed. At the remaining points of the subset R 1 zeros are formed, since there are no echo signals of real targets with such Doppler frequencies. In the presence of observation noises at points of the frequency axis, where there are no real echo signals, values close to zero will be obtained. By comparing the modules of the amplitude estimates obtained on the subset R 1 with the thresholds established on the basis of the observation noise level, the number and Doppler frequencies of the echo signals of individual targets from the group are estimated. In this case, the potential resolution is determined by the frequency removal of the filters of the M-point FFT.
Для получения конкретной зависимости, связывающей амплитуды эхо-сигналов отдельных целей из состава групповой с выходным сигналом алгоритма БПФ, введем ряд обозначений.To obtain a specific relationship linking the amplitudes of the echo signals of individual targets from the group to the output signal of the FFT algorithm, we introduce a number of notation.
Пусть F1, F2, F3=…=Fn точки частотной оси, соответствующие точкам БПФ из подмножества R1(F2-F1=F3-F2=…=Fn-Fn-1=ΔF). Из сигналов на выходе алгоритма БПФ в точках подмножества R1 формируется вектор Z=[Z1 Z2 … Zn]T, Т - оператор транспонирования.Let F 1 , F 2 , F 3 = ... = F n the points of the frequency axis corresponding to the FFT points of the subset R 1 (F 2 -F 1 = F 3 -F 2 = ... = F n -F n-1 = ΔF) . From the signals at the output of the FFT algorithm at the points of the subset R 1 the vector Z = [Z 1 Z 2 ... Z n ] T is formed , T is the transpose operator.
Поставив в соответствие каждой точке частотной оси некоторую амплитуду эхосигнала отдельной цели из состава групповой, то есть формально предположив, что в обрабатываемом сигнале присутствуют эхосигналы отдельных целей с частотами Доплера, соответствующими всем точкам частотной оси из подмножестваPutting in correspondence with each point of the frequency axis some amplitude of the echo of an individual target from the group, that is, formally assuming that the processed signal contains echoes of individual targets with Doppler frequencies corresponding to all points of the frequency axis from the subset
R1, запишем вектор комплексных амплитуд этих эхосигналов: E=[E1 Е2 … En]T. Так как в составе реальной групповой цели может присутствовать разное количество одиночных целей, то отдельные элементы вектора Е в действительности равны нулю.R 1 , we write the vector of complex amplitudes of these echo signals: E = [E 1 E 2 ... E n ] T. Since the composition of a real group goal may contain a different number of single goals, the individual elements of the vector E are actually zero.
Если в обрабатываемой реализации присутствует только эхосигнал цели с комплексной амплитудой Е1 и частотой Доплера F1, а амплитуды остальных целей равняются нулю (Е2=Е3=…=Еn=0), то вектор Z в отсутствие шумов наблюдения принимает видIf in the processed implementation there is only a target echo with a complex amplitude E 1 and Doppler frequency F 1 , and the amplitudes of the other targets are zero (E 2 = E 3 = ... = E n = 0), then the vector Z in the absence of observation noise takes the form
Z=[1ξ(F2-F1)…ξ(Fn-F1)TE1=[1ξ(ΔF)… ξ((n-1)ΔF)]ТЕ1,Z = [1ξ (F 2 -F 1 ) ... ξ (F n -F 1 ) T E 1 = [1ξ (ΔF) ... ξ ((n-1) ΔF)] T E 1 ,
где ξ(F) - автокорреляционная функция весового окна, конкретный вид которой зависит от используемой взвешивающей функции.where ξ (F) is the autocorrelation function of the weight window, the specific form of which depends on the weighting function used.
Аналогично, в случае, когда в обрабатываемой реализации присутствуют все n целей, соответствующих точкам подмножества R1, то:Similarly, in the case when in the processed implementation there are all n goals corresponding to the points of the subset R 1 , then:
В формуле (1) учтен тот факт, что значение автокорреляционной функции для отрицательного значения аргумента является комплексно сопряженным (оператор (*)).Formula (1) takes into account the fact that the value of the autocorrelation function for a negative value of an argument is complex conjugate (operator ( * )).
Обозначив переменной Q матрицу значений автокорреляционной функции (автокорреляционную матрицу):Denoting by the variable Q the matrix of values of the autocorrelation function (autocorrelation matrix):
формулу (1) запишем в виде линейного матричного уравнения с неизвестным вектором Е:we write formula (1) in the form of a linear matrix equation with an unknown vector E:
Для нахождения Е из уравнения (3) домножим слева его обе части на матрицу Q-1, обратную к Q:To find E from equation (3), we multiply both its parts on the left by the matrix Q -1 , the inverse of Q:
При отсутствии шумов наблюдения в результате вычисления Е согласно (4) формируются комплексные амплитуды эхосигналов реальных целей в точках, соответствующих их частотам Доплера. Остальные элементы вектора Е равняются нулю. В реальных радиолокационных системах присутствуют шумы наблюдения, это означает, что вектор Z в (1) будет несколько искажен, и элементы вектора Е также вычисляются с некоторой погрешностью. Поэтому для принятия решения о количестве и частотах Доплера эхосигналов отдельных целей из состава групповой необходимо сравнивать модули элементов вектора Е с пороговыми значениями. Последние выбираются исходя из требуемых значений вероятностей ложных решений.In the absence of observation noises, as a result of calculating E according to (4), complex amplitudes of echo signals of real targets are formed at points corresponding to their Doppler frequencies. The remaining elements of the vector E are equal to zero. In real radar systems, there are observation noises, which means that the vector Z in (1) will be somewhat distorted, and the elements of the vector E are also calculated with some error. Therefore, to decide on the number and frequency of the Doppler echo signals of individual targets from the group, it is necessary to compare the modules of the elements of the vector E with threshold values. The latter are selected based on the required values of the probabilities of false decisions.
Потенциальная разрешающая способность РЛС при реализации предлагаемого способа и увеличении отношения сигнал-шум зависит от отстояния по частоте ΔF точек БПФ. Для уменьшения величины ΔF после суммирования цифровых отсчетов входного сигнала в пределах интервала, равного длительности зондирующего импульса, следует дополнить полученную в результате суммирования последовательность N отсчетов нулями до М-последовательности, где М=2n>N (n - целое число). После этого возможно выполнение над входным сигналом М-точечного БПФ. Так как количество точек БПФ в исходном частотном диапазоне увеличивается, то отстояние между точками на частотной оси в М/N раз становится меньше по сравнению с N-точечным БПФ [Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. Пер. с англ. - М.: Мир, 1990, С.65].The potential resolution of the radar when implementing the proposed method and increasing the signal-to-noise ratio depends on the distance in frequency ΔF of the FFT points. To reduce the ΔF value after summing the digital samples of the input signal within the interval equal to the duration of the probe pulse, the sequence of N samples obtained by summing should be supplemented with zeros to the M-sequence, where M = 2 n > N (n is an integer). After that, it is possible to perform an M-point FFT on the input signal. Since the number of FFT points in the initial frequency range increases, the distance between the points on the frequency axis is M / N times smaller compared to the N-point FFT [Marple ml. S.L. Digital spectral analysis and its applications. Per. from English - M .: Mir, 1990, p.65].
Осуществляется предлагаемый способ обработки в импульсно-доплеровской РЛС. Один из вариантов структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ обнаружения групповой цели, представлен на фиг.1. Принятый антенной 5 сигнал поступает на вход приемника 6. Для обеспечения когерентной обработки сигнал с выхода приемника 6 с помощью двух фазовых детекторов 1, гетеродина 7, фазовращателя на 90° 9 и двух фильтров нижних частот 2 разделяется на квадратурные составляющие. В аналого-цифровых преобразователях 3 производится формирование последовательности цифровых отсчетов квадратурных составляющих сигнала. Далее, в сумматорах 4 осуществляется суммирование цифровых отсчетов квадратурных составляющих сигнала. Суммирование, как и в способе-прототипе, осуществляется в пределах интервала, равного длительности зондирующего импульса.The proposed method of processing in a pulse-Doppler radar. One of the variants of the structural diagram of a device that implements the proposed method for detecting a group target, is presented in figure 1. The signal received by
Вся дальнейшая обработка сигнала происходит в процессоре обработки сигналов 8. На фиг.2 представлена схема, поясняющая последовательность преобразования сигнала в процессоре обработки сигналов 8. Дополняют полученную в результате суммирования последовательность N отсчетов нулями до М-последовательности, где М=2n>N (n - целое число). Подвергают полученные М отсчетов амплитудному взвешиванию, осуществляют фильтровую обработку по алгоритму М-точечного БПФ. Затем вычисляют модуль комплексной огибающей сигнала на выходе алгоритма БПФ. Далее выбирают множество смежных доплеровских фильтров. Из выбранного множества смежных доплеровских фильтров определяют доплеровскую частоту f1, как частоту фильтра jmах1 с максимальной амплитудой сигнала, и выбирают подмножество множества смежных доплеровских фильтров R1 с центром около выбранной доплеровской частоты f1. Составленный из комплексных амплитуд сигналов фильтров подмножества R1 вектор Z умножают на заранее рассчитанную согласно формуле (2) обратную автокорреляционную матрицу Q-1. Сравнивают модули элементов полученного в результате умножения вектора Е с пороговыми значениями, которые устанавливают исходя из требуемых значений вероятностей ложных решений. При превышении порога i-м элементом вектора Е принимают решение о наличии сигнала отдельной цели в составе групповой с частотой Доплера, соответствующей i-му фильтру подмножества R1.All further signal processing occurs in the
Подтверждение возможности получения вышеуказанного технического результата при осуществлении предлагаемого способа проводилось с помощью математического моделирования.Confirmation of the possibility of obtaining the above technical result in the implementation of the proposed method was carried out using mathematical modeling.
Моделировались три ситуации: в обрабатываемом сигнале присутствуют эхосигналы одной (фиг.3), двух (фиг.4) и трех (фиг.5) целей с равными амплитудами. В каждой ситуации сигнал подвергался амплитудному взвешиванию с прямоугольным окном (амплитуды отсчетов не менялись) с последующим вычислением вектора Z с помощью М-точечного БПФ. После чего согласно формуле (4) вычислялся вектор Е.Three situations were simulated: in the processed signal there are echo signals of one (figure 3), two (figure 4) and three (figure 5) targets with equal amplitudes. In each situation, the signal was subjected to amplitude weighting with a rectangular window (the amplitudes of the samples did not change), followed by the calculation of the vector Z using the M-point FFT. Then, according to formula (4), the vector E.
На фиг.3-5 приведены диаграммы, демонстрирующие возможность оценивания предлагаемым способом количества и частот Доплера эхосигналов отдельных целей в составе групповой, в том числе в случае, когда доплеровские частоты сигналов отдельных целей находятся в пределах одного доплеровского фильтра N-точечного БПФ. На фиг.3-5 исходная последовательность из N отсчетов дополнена нулями до М отсчетов так, что М=4N. Поэтому отстояние фильтров по оси частот в полученном по результатам М-точечного БПФ подмножестве R1 в четыре раза меньше, чем отстояние (ширина) фильтров в N-точечном БПФ. Истинные значения частот Доплера эхо-сигналов целей на фиг.3-5 обозначены вертикальными стрелками.Figures 3-5 show diagrams demonstrating the possibility of estimating the number and frequency of the Doppler echo signals of individual targets as part of a group one, including when the Doppler frequencies of the signals of individual targets are within the same Doppler filter of an N-point FFT. In FIGS. 3-5, the initial sequence of N samples is padded with zeros to M samples so that M = 4N. Therefore, the filter spacing along the frequency axis in the subset R 1 obtained from the results of the M-point FFT is four times smaller than the filter spacing (width) in the N-point FFT. The true values of the Doppler frequencies of the echo signals of the targets in FIGS. 3-5 are indicated by vertical arrows.
Из фиг.3-5 видно, что сравнение модулей элементов вектора Е с пороговыми значениями позволит определить количественный состав групповой цели и измерить частоты Доплера эхосигналов отдельных целей из состава групповой с точностью до одного фильтра M-точечного БПФ. Причем значение М ограничивается только вычислительными возможностями ЭВМ РЛС.Figure 3-5 shows that a comparison of the moduli of the elements of the vector E with threshold values will determine the quantitative composition of the group target and measure the Doppler frequency of the echo signals of individual targets from the group with an accuracy of up to one M-point FFT filter. Moreover, the value of M is limited only by the computing capabilities of the radar computer.
Использование изобретения в бортовых, наземных и корабельных РЛС не потребует изменения их принципов построения, режимов работы, существенных вычислительных затрат и позволит с высокой эффективностью разрешать групповую цель при отсутствии разрешения отдельных целей в группе по угловым координатам и дальности.The use of the invention in airborne, ground and ship radars does not require a change in their construction principles, operating modes, significant computational costs and will allow high-performance resolution of a group target in the absence of resolution of individual targets in a group by angular coordinates and range.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008123044/09A RU2379704C1 (en) | 2008-06-09 | 2008-06-09 | Method of multiple target resolution |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008123044/09A RU2379704C1 (en) | 2008-06-09 | 2008-06-09 | Method of multiple target resolution |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2379704C1 true RU2379704C1 (en) | 2010-01-20 |
Family
ID=42120944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008123044/09A RU2379704C1 (en) | 2008-06-09 | 2008-06-09 | Method of multiple target resolution |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2379704C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492502C1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-09-10 | ОАО "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Method of resolving group target |
CN113325363A (en) * | 2020-02-28 | 2021-08-31 | 加特兰微电子科技(上海)有限公司 | Method and device for determining direction of arrival and related equipment |
-
2008
- 2008-06-09 RU RU2008123044/09A patent/RU2379704C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492502C1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-09-10 | ОАО "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Method of resolving group target |
RU2492502C9 (en) * | 2012-02-29 | 2013-11-27 | ОАО "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Method of resolving group target |
CN113325363A (en) * | 2020-02-28 | 2021-08-31 | 加特兰微电子科技(上海)有限公司 | Method and device for determining direction of arrival and related equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6809682B1 (en) | Method and device for the detection and track of targets in high clutter | |
Delisle et al. | Moving target imaging and trajectory computation using ISAR | |
Chiu et al. | A comparison of displaced phase centre antenna and along-track interferometry techniques for RADARSAT-2 ground moving target indication | |
US5262785A (en) | Small target doppler detection system | |
US10054668B2 (en) | Probabilistic signal, detection, and track processing architecture and system | |
US7961147B1 (en) | Long baseline phase interferometer ambiguity resolution using frequency differences | |
EP1286180B1 (en) | Periodic repetition interval staggered post-doppler adaptive monopulse processing for detection and location of a moving target in ground clutter | |
US20050179579A1 (en) | Radar receiver motion compensation system and method | |
US5559516A (en) | Dual cancellation interferometric AMTI radar | |
CN114609623B (en) | Target detection method and device of monopulse radar and computer equipment | |
RU2379704C1 (en) | Method of multiple target resolution | |
JP2010175457A (en) | Radar apparatus | |
JP2021099244A (en) | Radar system and radar signal processing method | |
RU2316788C1 (en) | Mode of detection by a pulsed-doppler radar of a group target | |
CN117826104A (en) | FDA-MIMO radar target parameter non-fuzzy estimation method | |
RU2407034C9 (en) | Method of resolving group target | |
RU2293349C1 (en) | Mode of detection of a group target | |
Wu et al. | An improved angle estimation algorithm for millimeter-wave radar | |
RU2492502C9 (en) | Method of resolving group target | |
RU2729886C1 (en) | Method for passive jamming suppression with low doppler shift | |
JP7551476B2 (en) | Radar device and radar signal processing method | |
RU2658317C1 (en) | Method and device for determining speed module of ballistic object with use of selection of range squares | |
Sedivy et al. | Doppler frequency estimation using moving target detection filter bank | |
JP2023001662A (en) | Radar system and radar signal processing method | |
RU2800494C1 (en) | Device for digital signal processing in pulsed-doppler radar with compensation of target migration by range and fm doppler signals in one period of radiating and receiving radio pulses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TZ4A | Amendments of patent specification |