[go: up one dir, main page]

RU2379704C1 - Method of multiple target resolution - Google Patents

Method of multiple target resolution

Info

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
Application number
RU2008123044/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Гуськов (RU)
Юрий Николаевич Гуськов
Николай Юрьевич Жибуртович (RU)
Николай Юрьевич Жибуртович
Виктор Васильевич Абраменков (RU)
Виктор Васильевич Абраменков
Сергей Анатольевич Климов (RU)
Сергей Анатольевич Климов
Юрий Иванович Савинов (RU)
Юрий Иванович Савинов
Анатолий Анатольевич Чижов (RU)
Анатолий Анатольевич Чижов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" filed Critical Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения"
Priority to RU2008123044/09A priority Critical patent/RU2379704C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2379704C1 publication Critical patent/RU2379704C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radiolocation.
SUBSTANCE: invention relates to radiolocation and can be used for isolation of separate targets from multiple targets in pulsed mode. Proposed method comprises isolating quadrature components of complex envelope of signal received by antenna, and converting, within every quadrature component, of the signal into digital form. Digital countdowns are summed within the interval equal to probing pulse duration. Obtained, by summation, N countdowns are supplemented by zeroes to produce sequence of M countdowns, where M=2n>N (n is integer). Obtained M countdowns are subjected to amplitude weighing. Filter processing by algorithm of M-point fast Fourier conversion (FFC) is effected. Module of signal complex envelope at the DDC algorithm output is determined. Multiple adjacent Doppler filters are selected. Doppler frequency f1 is determined from said multiple adjacent Doppler filters as filter frequency jmax1 maximum signal amplitude with the center nearby selected Doppler frequency f1. Vector Z made up of complex amplitudes of signals of subset R1 is multiplied by inverse autocorrelation matrix. Moduli of the elements of vector E resulted from multiplication are compared with threshold values. If i-th element of vector E exceeds the threshold, decision made about the presence of separate target signal in multiple targets with Doppler frequency corresponding to i-th filter of subset R1.
EFFECT: increased multiple target resolution.
5 dwg

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 G01S 5/04, 3/72]. The solution to the problem is based on the fact that various direction finding procedures for a group target extended along angular coordinates produce diverging bearings. For this, direction-finding is carried out simultaneously on the basis of two or more known procedures (single-channel, single-pulse, in the direction of receiving emissions from on-board electronic equipment) and a decision is made on the presence of a group target if the spread of the received bearing values exceeds a threshold.

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 G01S 3/22]. The essence of the method lies in the fact that they evaluate the increment of the direction-finding error signal, for example, in the elevation plane ΔU ε , and compare it with a set threshold corresponding to the radar equipment error. To increase the likelihood of correct detection of a group target, the direction-finding error signal U ε is fixed at the beginning (U εн ) and at the end of the packet (U εк ) of the total signal, and the angle γ between the scanning plane of the radar antenna beam and the direction-finding plane is also taken into account. When this form the output signal ΔU ε = | U εn -U εk |, which serves to detect a group target. If there is a single target, the values of U ε at the beginning of U εн , and at the end of the pack U εк remain unchanged U ε = U εн = U εк , and in the presence of a group goal they change in accordance with the shift of the energy center, i.e. depend on its angular dimensions.

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 G01S 7/28, 13/52]. 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 carried out according to the N-point fast Fourier transform (FFT) algorithm, the complex og modulus is calculated the signal at the output of the Doppler filters, select a set of adjacent Doppler filters, determine the first Doppler frequency f 1 from the above set of adjacent Doppler filters, as the filter frequency jmax1 with a maximum signal amplitude, select the first subset of the set of adjacent Doppler filters R 1 centered around the selected first Doppler frequency f 1 , the value of the first threshold is obtained by multiplying the amplitude of the signal of the first Doppler frequency f 1 with the first factor less than unity in the first sub After many adjacent Doppler filters R 1 , the signal amplitude groups exceeding the first threshold are determined, the obtained signal amplitude groups are divided into clusters whose width is three Doppler filters, the number of clusters is calculated to obtain the first C 1 count, and weakened by blanking the signal amplitudes of the first Doppler frequency f 1 and groups of nearby Doppler frequencies determine the second Doppler frequency f 2 as the filter frequency jmax2 with the maximum signal amplitude among non- abnormal signals from the first subset of adjacent Doppler filters R 2 , select the second subset of the set of adjacent Doppler filters R 2 centered around the selected second Doppler frequency f 2 , obtain the value of the second threshold by multiplying the amplitude of the signal of the second Doppler frequency f 2 with a second factor, if the first count C 1 is less than or equal to one, or by multiplying the amplitude of the signal of the second Doppler frequency f 2 with the first factor, if the first count C 1 is greater than one, then in the second subset of adjacent Doppler filters R 2 , determine the group of signal amplitudes that have exceeded the second threshold, divide the obtained group of signal amplitudes into clusters, the width of which is three Doppler filters, count the number of clusters to obtain a second C 2 count, calculate the intermediate count in accordance with the mathematical expression

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

Figure 00000001
, 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
Figure 00000002
к найденной максимальной амплитуде сигнала в фильтре jmах1
Figure 00000003
: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
Figure 00000001
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
Figure 00000002
to the found maximum signal amplitude in the filter jmax1
Figure 00000003
:

Figure 00000004
Figure 00000004

вычисляют величины

Figure 00000005
Figure 00000006
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
Figure 00000005
Figure 00000006
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:

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

рассчитывают показатель

Figure 00000009
какcalculate indicator
Figure 00000009
as

Figure 00000010
Figure 00000010

сравнивают полученный показатель

Figure 00000011
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
Figure 00000011
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 signal processing processor 8. Figure 3-5 shows diagrams that demonstrate the possibility of determining the proposed method and the number and frequency of the Doppler echo signals of individual targets in the group, including in the case when the Doppler the signal frequencies of individual targets are within the same Doppler filter of the 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. Figure 3 presents the results of signal processing for a single-purpose situation, in Fig. 4 for a dual-purpose and in Fig. 5 for a tri-purpose. In Fig. 4 and Fig. 5, the Doppler frequency spacing of the target echoes corresponds to half the filter width of the N-point FFT.

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 (Е23=…=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:

Figure 00000012
Figure 00000012

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):

Figure 00000013
Figure 00000013

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:

Figure 00000014
Figure 00000014

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:

Figure 00000015
Figure 00000015

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 antenna 5 is fed to the input of receiver 6. To ensure coherent processing, the signal from the output of receiver 6 using two phase detectors 1, a local oscillator 7, a 90 ° 9 phase shifter, and two low-pass filters 2 is divided into quadrature components. In analog-to-digital converters 3 the formation of a sequence of digital samples of the quadrature components of the signal. Further, in the adders 4, the summation of the digital samples of the quadrature components of the signal. Summation, as in the prototype method, is carried out within the interval equal to the duration of the probe pulse.

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 signal processing processor 8. FIG. 2 is a diagram explaining the signal conversion sequence in the signal processing processor 8. The sequence of N samples obtained by summing is supplemented with zeros to the M-sequence, where M = 2 n > N ( n is an integer). The obtained M samples are subjected to amplitude weighting, and filter processing is performed according to the M-point FFT algorithm. Then calculate the module of the complex envelope of the signal at the output of the FFT algorithm. Next, a plurality of adjacent Doppler filters are selected. From the selected set of adjacent Doppler filters, the Doppler frequency f 1 is determined as the filter frequency jmax1 with the maximum signal amplitude, and a subset of the set of adjacent Doppler filters R 1 with a center near the selected Doppler frequency f 1 is selected. The vector Z composed of the complex amplitudes of the filter signals of the subset R 1 is multiplied by the inverse autocorrelation matrix Q -1 previously calculated according to formula (2). The modules of the elements obtained by multiplying the vector E are compared with threshold values, which are set based on the required values of the probabilities of false decisions. When the threshold is exceeded by the i-th element of the vector E, they decide on the presence of a signal of an individual target in the group signal with a Doppler frequency corresponding to the i-th filter of the subset R 1 .

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)

Способ разрешения групповой цели, заключающийся 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, отличающийся тем, что дополняют полученную в результате суммирования последовательность N отсчетов нулями до последовательности из М отсчетов, где M=2n>N (n - целое число), подвергают полученные М отсчетов амплитудному взвешиванию, осуществляют фильтровую обработку по алгоритму М-точечного быстрого преобразования Фурье (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 jmax1 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. A method for resolving a group target, which consists in isolating the quadrature components of the complex envelope of the received antenna of the signal, converting the signal into digital form in each quadrature component, within the interval equal to the duration of the probe pulse, summing up the digital samples, characterized in that they complement the received as a result of summation, the sequence of N samples by zeros to the sequence of M samples, where M = 2 n > N (n is an integer), the obtained M from amplitude weighting accounts, carry out filtering according to the M-point fast Fourier transform (FFT) algorithm, calculate the complex envelope module of the signal at the output of the FFT algorithm, select the set of adjacent Doppler filters, determine the Doppler frequency f 1 from the specified set of adjacent Doppler filters as the filter frequency jmax1 with the maximum signal amplitude is selected subset of adjacent Doppler filters R 1 centered about the selected doppler frequency f 1 composed of compl ksnyh amplitudes R 1 subset filter signal vector Z multiplied by the calculate in advance an inverse autocorrelation matrix compared modules elements obtained by the multiplication of the vector E with a threshold value which is set based on the required value of false solutions probability when exceeding the threshold i-th element of the vector E take a decision on the presence of a signal of an individual target as part of a group with a Doppler frequency corresponding to the ith filter of the subset R 1 .
RU2008123044/09A 2008-06-09 2008-06-09 Method of multiple target resolution RU2379704C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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