[go: up one dir, main page]

RU2455615C1 - Method for non-coherent accumulation of optical location signals - Google Patents

Method for non-coherent accumulation of optical location signals Download PDF

Info

Publication number
RU2455615C1
RU2455615C1 RU2011101613/28A RU2011101613A RU2455615C1 RU 2455615 C1 RU2455615 C1 RU 2455615C1 RU 2011101613/28 A RU2011101613/28 A RU 2011101613/28A RU 2011101613 A RU2011101613 A RU 2011101613A RU 2455615 C1 RU2455615 C1 RU 2455615C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
range
array
determined
pulse
accumulation
Prior art date
Application number
RU2011101613/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер (RU)
Валерий Григорьевич Вильнер
Владимир Георгиевич Волобуев (RU)
Владимир Георгиевич Волобуев
Дмитрий Игоревич Игнатьев (RU)
Дмитрий Игоревич Игнатьев
Александр Аполлонович Казаков (RU)
Александр Аполлонович Казаков
Артем Сергеевич Рябокуль (RU)
Артем Сергеевич Рябокуль
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2011101613/28A priority Critical patent/RU2455615C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2455615C1 publication Critical patent/RU2455615C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method comprises a series of N probing cycles. In each probing cycle, a probing light pulse S0(t,t0) is sent and the time is quantised into units with duration T. In each time unit, the reflected signal S(t, tD) is received and its value Sjm is determined. Values Sjm are accumulated in each j-th range cell by forming their sums
Figure 00000025
Based on the array of sums {Sj}, the delay τ of the received signal relative the probing pulse T=tD-t0 is determined and the range to the target D=cτ/2 is determined. Duration ti of the probing pulse is established. The probing pulse undergoes preliminary digitisation by determining its sampling values S0j with sampling period equal to the clock period T and recording the array {S0j} of those sampling values. At the end of accumulation, the array {Sj} is shifted stepwise relative {S0j}, on each step p=1, 2, … Pmax, while verifying the degree of their coincidence based on a set criterion, e.g., a correlation coefficient
Figure 00000026
The index number of the step P on which the degree of coincidence of arrays {Sj} and {S0j} optimally correspond to the accepted criterion is determined and the range D to the target is determined using the formula D=cPT/2. The accumulation threshold is established CN=Qσs+Ms.
EFFECT: achieving maximum possibility of rapid measurement of range with maximum operational range and minimum power consumption.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии.The invention relates to laser technology, namely to laser ranging.

Известны способы лазерного зондирования удаленных объектов для получения информации об их дальности и других характеристиках. Известен способ определения дальности до цели, включающий посылку на цель лазерного импульса S0(t,t0), регистрацию момента посылки t0, прием отраженного целью излучения S(t,tD), регистрацию момента приема tD и определение временного интервала τ=tD-t0, по которому судят о дальности D до цели [1] по формуле D=сτ/2, где с - скорость света. Недостатком этого способа является необходимость применения мощных излучателей и высокочувствительных приемников для обеспечения широкого диапазона измерений дальности.Known methods of laser sensing of remote objects to obtain information about their range and other characteristics. A known method for determining the distance to the target, including sending a laser pulse S 0 (t, t 0 ) to the target, recording the sending moment t 0 , receiving the radiation reflected by the target S (t, t D ), registering the receiving moment t D and determining the time interval τ = t D -t 0 , which is used to judge the distance D to the target [1] according to the formula D = cτ / 2, where c is the speed of light. The disadvantage of this method is the need to use powerful emitters and highly sensitive receivers to provide a wide range of range measurements.

Энергетический потенциал измерителя дальности может быть увеличен за счет многократного повторения измерений (накопления), в частности методом некогерентного накопления. При таком способе характеристики обнаружения (вероятности ошибочного измерения или пропуска сигнала) могут быть улучшены за счет статистической обработки результатов многократного зондирования по их совокупности [2].The energy potential of the range meter can be increased by repeatedly repeating measurements (accumulation), in particular by the method of incoherent accumulation. With this method, the detection characteristics (the probability of an erroneous measurement or signal skipping) can be improved due to the statistical processing of the results of multiple sounding based on their combination [2].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ некогерентного накопления светолокационных сигналов, включающий серию из N циклов зондирования, в каждом цикле зондирования производят посылку зондирующего светового импульса S0(t,t0), где t - текущее время, t0 - момент излучения зондирующего импульса, квантуют время на отдельные дискреты длительностью Т, образуя тем самым ячейки дальности, в каждой из дискрет времени осуществляют прием отраженного сигнала S(t, tD), где tD - момент приема отраженного импульса, определяют его значение Sjm, накапливают значения Sjm в каждой j-й ячейке дальности путем формирования их сумм

Figure 00000001
и по массиву сумм {Sj} судят о задержке τ принятого сигнала относительно зондирующего импульса τ=tR-t0, по которой определяют дальность до цели D=сτ/2, где с - скорость света, j=1, 2,… J - порядковый номер ячейки дальности, начиная от момента t0, J - количество ячеек дальности; m=1, 2,… N - порядковый номер зондирования [3].The closest in technical essence to the proposed method is a method of incoherent accumulation of radar signals, including a series of N sounding cycles, in each sounding cycle, a probe light pulse S 0 (t, t 0 ) is sent, where t is the current time, t 0 is the moment radiation of the probe pulse, quantize the time into separate samples of duration T, thereby forming a range cell, in each of the time samples, receive the reflected signal S (t, t D ), where t D is the moment of reception of the reflected pulse, op assign its value S jm , accumulate the values of S jm in each j-th range cell by forming their sums
Figure 00000001
and by the array of sums {S j } judge the delay τ of the received signal relative to the probe pulse τ = t R -t 0 , which determines the distance to the target D = cτ / 2, where c is the speed of light, j = 1, 2, ... J is the ordinal number of the range cell, starting from the moment t 0 , J is the number of range cells; m = 1, 2, ... N is the sounding sequence number [3].

При большой максимальной дальности до цели, то есть при слабом отраженном целью сигнале, этот способ требует значительного объема накопления N и, соответственно, большого времени измерения. Этот может быть нежелательным и даже недопустимым при высоких требованиях к оперативности проведения измерений, например, если цель движется или доступна для наблюдения на короткое время.With a large maximum range to the target, that is, with a weak signal reflected by the target, this method requires a significant amount of accumulation N and, accordingly, a large measurement time. This may be undesirable and even unacceptable with high requirements for the efficiency of measurements, for example, if the target moves or is available for observation for a short time.

Задачей изобретения является повышение оперативности измерения дальности при максимальной дальности действия и минимальных энергетических затратах.The objective of the invention is to increase the efficiency of measuring ranges with maximum range and minimum energy costs.

Указанная задача решается за счет того, что в известном способе некогерентного накопления светолокационных сигналов, включающем серию из N циклов зондирования, в каждом цикле зондирования производят посылку зондирующего светового импульса S0(t,t0), где t - текущее время, t0 - момент излучения зондирующего импульса, квантуют время на отдельные дискреты длительностью Т, образуя тем самым ячейки дальности, в каждой из дискрет времени осуществляют прием отраженного сигнала S(t, tD), где tD - момент приема отраженного импульса, определяют его значение Sjm, накапливают значения Sjm в каждой j-й ячейке дальности путем формирования их сумм

Figure 00000002
, и по массиву сумм {Sj} судят о задержке τ принятого сигнала относительно зондирующего импульса τ=tR-t0, по которой определяют дальность до цели R=сτ/2, где с - скорость света, j=1, 2,… J - порядковый номер ячейки дальности, начиная от момента t0, J - количество ячеек дальности, m=1, 2,… N - порядковый номер зондирования, устанавливают длительность tи зондирующего импульса в пределах от 2Т до ΔTD, где ΔТD - заданная разрешающая способность по дальности, предварительно производят оцифровку зондирующего импульса путем определения его выборочных значений S0j с периодом выборок, равным тактовому периоду Т, где j=1, 2,… К - порядковый номер выборки начиная от момента t0, К=tи/T - количество выборок, и регистрации массива {S0j} этих выборочных значений, а по завершении накопления пошагово сдвигают массив {Sj} относительно {S0j}, на каждом шаге р=1, 2,… Рmах проверяя степень их совпадения по заранее установленному критерию, например, по коэффициенту корреляции
Figure 00000003
, где Рmах - максимальное число шагов, соответствующее диапазону измерения дальности, определяют порядковый номер шага Р, на котором степень совпадения массивов {Sj} и {S0j} оптимально соответствует принятому критерию, и определяют дальность D до цели по формуле D=сРТ/2, причем в процессе накопления определяют оценки среднеквадратического отклонения σs выборочных значений Sjm и их среднего значения Ms, устанавливают порог накопления CN=QσS+MS, где Q - коэффициент превышения порога над шумом, определяемый из условия обеспечения максимальной вероятности правильного обнаружения в каждой ячейке дальности при заданной вероятности ложной тревоги во всем диапазоне измеряемых дальностей, и прекращают процесс накопления при количестве зондирований N, когда хотя бы в одной из ячеек дальности накопленная сумма Sj превысит пороговую величину CN.This problem is solved due to the fact that in the known method of incoherent accumulation of radar signals, which includes a series of N sounding cycles, a probe light pulse S 0 (t, t 0 ) is produced in each sounding cycle, where t is the current time, t 0 - the moment of emission of the probe pulse are quantized into separate discrete unit time period t, thereby forming a range cell in each of the discrete-time reception is performed reflected signal S (t, t D), where t D - the moment of receiving the reflected pulse, determine its values s S jm, accumulate values S jm in each j-th cell range by forming their sum
Figure 00000002
, and by the array of sums {S j } judge the delay τ of the received signal relative to the probe pulse τ = t R -t 0 , which determine the distance to the target R = сτ / 2, where c is the speed of light, j = 1, 2, ... J is the ordinal number of the range cell, starting from the moment t 0 , J is the number of range cells, m = 1, 2, ... N is the sensing ordinal number, the duration t and the probe pulse are set from 2T to ΔT D , where ΔT D - preset range resolution, pre-digitize the probe pulse by determining its sample values S 0j with a sampling period equal to the clock period T, where j = 1, 2, ... K is the serial number of the sample starting at time t 0 , K = t and / T is the number of samples, and the array {S 0j } of these sample values is registered , and upon completion of accumulation step by step shift the array {S j } relative to {S 0j }, at each step p = 1, 2, ... P max checking the degree of their coincidence according to a pre-established criterion, for example, according to the correlation coefficient
Figure 00000003
, where Р max - the maximum number of steps corresponding to the range of range measurement, determine the sequence number of step Р, at which the degree of coincidence of the arrays {S j } and {S 0j } optimally corresponds to the accepted criterion, and determine the distance D to the target using the formula D = сРТ / 2, moreover, during the accumulation process, estimates of the standard deviation σs of the selected values of S jm and their average value of M s are determined, the accumulation threshold is set to C N = Qσ S + M S , where Q is the coefficient of exceeding the threshold over noise, determined from the condition of ensuring maximum the occurrence of correct detection in each range cell at a given probability of false alarm in the entire range of measured ranges, and the accumulation process is terminated with the number of soundings N when the accumulated sum S j exceeds at least one of the range cells the threshold value C N.

Для оценки среднеквадратического отклонения σS выборочных значений Sjm и их среднего значения MS можно в одном из массивов {Sjm}, например, в массиве {Sj1} выделить группу статистически независимых выборочных значений в количестве М, и затем определить оценки среднего значения MS и среднеквадратического отклонения σS по формулам

Figure 00000004
;
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
, причем количество выборочных значений в этой группе предварительно устанавливают из условия обеспечения заданной точности оценок, например, с помощью уравненияTo estimate the standard deviation σ S of the sample values of S jm and their average value of M S, one can select in the array {S jm }, for example, in the array {S j1 } a group of statistically independent sample values in the amount of M, and then determine the average value estimates M S and standard deviation σ S according to the formulas
Figure 00000004
;
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
moreover, the number of sample values in this group is preliminarily set from the condition of ensuring a given accuracy of estimates, for example, using the equation

Figure 00000008
Figure 00000008

гдеWhere

q - допустимая погрешность оценки;q is the permissible error of the estimate;

γ - надежность оценки;γ is the reliability of the estimate;

Figure 00000009
- плотность распределения случайной величины %;
Figure 00000009
- distribution density of random variable%;

Figure 00000010
;
Figure 00000010
;

Figure 00000011
- оценка величины обусловленного шумом среднеквадратического разброса выборок в массиве {Sj};
Figure 00000011
- estimate the magnitude of the noise-induced mean-square spread of samples in the array {S j };

σ>0 - непрерывный параметр, имеющий размерность σS.σ> 0 is a continuous parameter having dimension σ S.

Вероятность правильного обнаружения сигнала во всем диапазоне измеряемых дальностей может быть увеличена, если в начале измеряемого интервала дальностей коэффициент Q устанавливают с превышением относительно среднего значения, а по мере увеличения порядкового номера j уменьшают его таким образом, чтобы вероятность ложной тревоги во всем измеряемом диапазоне дальностей не превышала заданного предела, причем начальное превышение коэффициента Q и его значения, соответствующие текущей дальности, задают из условия соблюдения требуемой вероятности обнаружения сигнала в каждой из ячеек дальности.The probability of correct detection of a signal in the entire range of measured ranges can be increased if, at the beginning of the measured range of ranges, the coefficient Q is set higher than the average value, and as the serial number j increases, it is reduced so that the probability of a false alarm in the entire measured range of ranges does not exceeded the specified limit, and the initial excess of the coefficient Q and its values corresponding to the current range are set from the condition for compliance with the required signal detection probabilities in each range cell.

На Фиг.1 представлена временная диаграмма процесса зондирования и его привязка к тактовой частоте. Фиг.2 иллюстрирует формирование массива {Sj} путем накопления массивов {Sjm}. На Фиг.3 показано формирование функции корреляции R(p) массивов {Sj} и {S0j}.Figure 1 presents a timing diagram of the sensing process and its relationship to the clock frequency. Figure 2 illustrates the formation of an array {S j } by accumulating arrays {S jm }. Figure 3 shows the formation of the correlation function R (p) of the arrays {S j } and {S 0j }.

В момент времени t0 в направлении цели посылают зондирующий импульс S0(t,t0) 1, соответствующий своим выборочным значениям, хранящимся в массиве {S0j} 2, и затем принимают отраженный целью импульс S(t,tD) 3. Момент излучения зондирующего импульса 1 привязан к тактовой последовательности 4 путем присвоения импульсу тактовой последовательности, совпадающему с моментом t0, порядкового номера j=1. Тактовые импульсы генерируют с помощью высокостабильного источника с частотой FT=1/Т, где Т - период следования тактовых импульсов. Массив 2 получают предварительно путем пробной посылки зондирующего импульса и его оцифровки с тактовой частотой FT. Массив 2 сохраняют в памяти системы и обновляют его в процессе подготовки к измерениям каждый раз, когда это требуется по условиям метрологической калибровки. При каждом m-м зондировании принятый сигнал 3 оцифровывают путем определения его выборочных значений Sjm в моменты генерации каждого j-го тактового импульса; нумерация отсчетов Sjm ведется от тактового импульса с номером j=1. Полученные выборочные значения регистрируют в массивах {Sjm}, хранящихся в памяти системы (Фиг.2). По выборочным значениям Sj1 массива {Sj1} определяют статистические характеристики принимаемой смеси сигнала с шумом. Для этого выделяют часть массива {Sj1}, ограниченную номерами ячеек дальности J1 и J2, и определяют оценки среднего значения MS и среднеквадратического отклонения σS1 по формулам

Figure 00000004
;
Figure 00000012
, где J1 и J2 - границы части массива, выделенной для определения MS и σS1, а затем определяют величину среднеквадратического разброса
Figure 00000013
, причем количество выборочных значений в этой группе М=(J2-J1+1) предварительно устанавливают из условия обеспечения заданных доверительных интервалов разброса этих оценок. Например, если задана допустимая погрешность определения доверительного интервала q с надежностью оценки γ, то по известной методике [4, стр.221] можно определить необходимое для этого количество выборок М. Для этого необходимо решить уравнениеAt time t 0 , a probe pulse S 0 (t, t 0 ) 1 is sent in the direction of the target, corresponding to its sample values stored in the array {S 0j } 2, and then the pulse S (t, t D ) 3 reflected by the target is received. The radiation moment of the probe pulse 1 is tied to the clock sequence 4 by assigning to the pulse the clock sequence that coincides with the moment t 0 , serial number j = 1. Clock pulses are generated using a highly stable source with a frequency of F T = 1 / T, where T is the repetition period of clock pulses. Array 2 is preliminarily obtained by trial sending a probe pulse and digitizing it with a clock frequency F T. Array 2 is stored in the system’s memory and updated in the process of preparing for measurements each time it is required by the conditions of metrological calibration. With each m-th sounding, the received signal 3 is digitized by determining its sample values S jm at the moments of generation of each j-th clock pulse; the numbering of samples S jm is from the clock pulse with number j = 1. The obtained sample values are recorded in arrays {S jm } stored in the system memory (Figure 2). From the sampled values S j1 of the array {S j1 }, the statistical characteristics of the received mixture of the signal with noise are determined. To do this, select the part of the array {S j1 }, limited by the numbers of the range cells J 1 and J 2 , and determine the estimates of the average value of M S and the standard deviation σ S1 by the formulas
Figure 00000004
;
Figure 00000012
, where J 1 and J 2 are the boundaries of the part of the array allocated to determine M S and σ S1 , and then determine the magnitude of the mean square spread
Figure 00000013
moreover, the number of sample values in this group M = (J 2 -J 1 +1) is preliminarily determined from the condition of ensuring given confidence intervals for the spread of these estimates. For example, if a permissible error in determining the confidence interval q with a reliable estimate of γ is given, then by the well-known method [4, p. 211], the number of samples M necessary for this can be determined. For this, it is necessary to solve the equation

Figure 00000014
Figure 00000014

гдеWhere

γ - надежность оценки;γ is the reliability of the estimate;

Figure 00000009
- плотность распределения случайной величины %;
Figure 00000009
- distribution density of random variable%;

Figure 00000010
;
Figure 00000010
;

Figure 00000015
- оценка величины обусловленного шумом среднеквадратического разброса выборок в массиве {Sj};
Figure 00000015
- estimate the magnitude of the noise-induced mean-square spread of samples in the array {S j };

σ - непрерывный параметр, имеющий размерность σS.σ is a continuous parameter having dimension σ S.

На практике для определения М предварительно задаются погрешностью q и надежностью оценки γ, после чего определяют М по заранее вычисленным зависимостям, например, по [4, стр.464, Приложение 4]. Так, при допустимой двадцатипроцентной ошибке (q=0,2) и надежности γ=0,95 величина массива выборки М=50. Если общее количество ячеек дальности в массиве {Sj1} существенно превышает эту величину, то, очевидно, нет необходимости использовать весь этот массив и достаточно ограничиться его группой из М выборок. Эту группу целесообразно выбирать из конечной части массива {Sj1}, где величина отраженного целью сигнала мала и не может исказить результаты оценки. После определения статистических характеристик MS и σS определяют величину CN порога 6 накопления CN=QσS+MS, где Q - коэффициент превышения порога над шумом, определяемый заранее из условия допустимой вероятности ложного измерения. Например, если для каждого измерения задана вероятность ложной тревоги F=0,01, то при равномерном распределении этого параметра вдоль трассы в каждой ячейке дальности вероятность ложной тревоги не должна превышать Fj=F/J, где J - количество ячеек дальности. Так, при J=1000 вероятность Fj=10-5. Коэффициент Q определяется из условия 0,5-Ф(Q)=Fj, гдеIn practice, to determine M, the error q and the reliability of the estimate γ are preliminarily set, after which M is determined from pre-calculated dependencies, for example, from [4, p. 464, Appendix 4]. So, with a permissible twenty-percent error (q = 0.2) and reliability γ = 0.95, the size of the sample array is M = 50. If the total number of range cells in the array {S j1 } significantly exceeds this value, then, obviously, there is no need to use this entire array and it is enough to limit it to a group of M samples. It is advisable to choose this group from the final part of the array {S j1 }, where the magnitude of the signal reflected by the target is small and cannot distort the estimation results. After determining the statistical characteristics of M S and σ S , the value of C N is determined for the accumulation threshold 6 C N = Qσ S + M S , where Q is the coefficient of exceeding the threshold over noise, determined in advance from the condition for the admissible probability of a false measurement. For example, if for each measurement the probability of false alarm is set to F = 0.01, then with a uniform distribution of this parameter along the path in each range cell, the probability of false alarm should not exceed F j = F / J, where J is the number of range cells. So, with J = 1000, the probability F j = 10 -5 . The coefficient Q is determined from the condition 0.5-F (Q) = F j , where

Figure 00000016
Figure 00000016

Для определения Q по заданному значению Fj можно воспользоваться приближенным соотношениемTo determine Q from a given value of F j, we can use the approximate relation

Figure 00000017
, с высокой точностью справедливым для Q>2.
Figure 00000017
, with high accuracy, valid for Q> 2.

Для указанного значения Fj=10-5 величина Q~4,4.For the specified value F j = 10 -5, the value of Q ~ 4.4.

В соответствии с предложением коэффициент Q изменяют в зависимости от дальности (от номера ячейки дальности) таким образом, чтобы в дальней зоне он уменьшался, обеспечивая более высокую вероятность обнаружения сигнала. При этом суммарная вероятность ложной тревоги во всем диапазоне не ухудшается.In accordance with the proposal, the coefficient Q is changed depending on the range (from the number of the range cell) so that in the far zone it decreases, providing a higher probability of signal detection. Moreover, the total probability of false alarm in the entire range does not worsen.

Пример.Example.

Количество ячеек дальности J=1000. Эти ячейки разбиты на два поддиапазона - ближний (I) в количестве 800 ячеек и дальний (II) в количестве 200 ячеек. Вероятности ложной тревоги в поддиапазонах FI=0,002, FII=0,008. FI+FII=0,01, как и в ранее рассмотренном случае с равномерным распределением вероятности F по ячейкам дальности. В рассматриваемом примере в дальнем поддиапазоне II вероятность Fj(II)=FII/200=0,008/200=4·10-5. В поддиапазоне I, соответственно, Fj(II)=FI/800=0,002/800=2,5·10-6. Коэффициенты Q для этих вероятностей соответственно равны:The number of range cells J = 1000. These cells are divided into two subranges - the near (I) in the amount of 800 cells and the far (II) in the amount of 200 cells. Probabilities of false alarm in the subbands F I = 0.002, F II = 0.008. F I + F II = 0.01, as in the previously considered case with a uniform probability distribution F over range cells. In this example, in the far subband II, the probability F j (II) = F II / 200 = 0.008 / 200 = 4 · 10 -5 . In subband I, respectively, F j (II) = F I / 800 = 0.002 / 800 = 2.5 · 10 -6 . The coefficients Q for these probabilities are respectively equal:

Q(II)=4; Q(I)=4,6.Q (II) = 4; Q (I) = 4.6.

Это означает, что в дальней части диапазона измеряемых дальностей чувствительность улучается в Q/Q(II)=4,4/4=1,1 раза, что ведет к соответствующему увеличению дальности действия дальномера. В ближней части диапазона чувствительность ухудшается в Q(I)/Q=4,6/4,4=1,05 раза, что не влияет на качество измерений, поскольку это ухудшение компенсируется более значительным увеличением принимаемого сигнала: известно [1], что для малоразмерных целей его амплитуда обратно пропорциональна четвертой степени дальности, поэтому отношение амплитуд сигнала, соответствующих 800-й и 1000-й ячейкам дальности, равно (1000/800)4~2,5 раза, что значительно превышает потери за счет увеличения Q в этой области.This means that in the far part of the range of measured ranges, the sensitivity improves in Q / Q (II) = 4.4 / 4 = 1.1 times, which leads to a corresponding increase in the range of the rangefinder. In the near part of the range, the sensitivity deteriorates by Q (I) / Q = 4.6 / 4.4 = 1.05 times, which does not affect the quality of measurements, since this deterioration is compensated by a more significant increase in the received signal: it is known [1] that for small-sized targets, its amplitude is inversely proportional to the fourth power of range, therefore, the ratio of signal amplitudes corresponding to the 800th and 1000th range cells is (1000/800) 4 ~ 2.5 times, which significantly exceeds the loss due to an increase in Q in this area.

По окончании процесса накопления и выделения массива {Sj} его сравнивают с массивом {S0j} по заранее установленному правилу, например, путем определения коэффициентов корреляции R(p) массивов {Sj} и {S0j} при пошаговом сдвиге второго массива относительно первого на р=1,2,…Рmax шагов [5]. В результате формируют корреляционную функцию

Figure 00000018
. Затем определяют шаг р=Р, на котором функция R(p) максимальна, и вычисляют дальность D до цели по формуле D-сРТ/2, где с - скорость света.At the end of the process of accumulation and allocation of the array {S j } it is compared with the array {S 0j } according to a predetermined rule, for example, by determining the correlation coefficients R (p) of the arrays {S j } and {S 0j } with a stepwise shift of the second array relative to the first at p = 1,2, ... P max steps [5]. The result is a correlation function
Figure 00000018
. Then determine the step p = P, at which the function R (p) is maximum, and calculate the distance D to the target using the formula D-cPT / 2, where c is the speed of light.

Для сокращения времени измерения рекомендуется осуществлять поиск порядкового номера шага Р, при котором значение R(P) оптимально, путем поэтапного приближения по методу деления отрезка пополам, а именно на каждом этапе поиска определяют оценки R(рн) и R(рв) на нижней рн и верхней рв границах зоны поиска и на следующем этапе зону поиска устанавливают между р~(рвн)/2 и тем из крайних значений р зоны поиска, оценка которого r(р) на данном шаге приближения наиболее оптимальна, причем на первом этапе поиска рн=p(SC)-tИ/T, а рвн+2tи/T, где p(SС) - номер ячейки дальности, в которой накопленная сумма Sj=SС превысила установленный порог CN.To reduce the measurement time, it is recommended to search for the sequence number of step P, at which the value of R (P) is optimal, by phased approximation by the method of dividing the segment in half, namely, at each stage of the search, estimates of R (p n ) and R (p in ) are determined lower p n and upper p within the boundaries of the search zone and at the next stage, the search zone is set between p ~ (p in + p n ) / 2 and that of the extreme values p of the search zone, the estimate of which r (p) at this approximation step is most optimal , the search in the first stage p n = p (S C) -t aND / T, and p a = p and n + 2t / T, where p (S C) - the number of the range cell in which the accumulated sum S j = S C exceeded the set threshold C N.

Предлагаемый способ некогерентного накопления светолокационных сигналов обеспечивает измерение дальности при минимальном объеме накопления, при минимальном объеме статистических данных, используемых для определения оптимального режима накопления, а также за минимальное количество шагов. Сокращению объема накопления N существенно способствует также увеличение энергетического потенциала прибора, обусловленное увеличением длительности зондирующего импульса в пределах, допускаемых заданной разрешающей способностью: при этом увеличивается энергия зондирующего сигнала и уменьшается шум в приемном канале благодаря соответствующему сужению его полосы пропускания. В результате достигается максимально возможная оперативность измерения дальности при максимальной дальности действия и минимальных энергетических затратах.The proposed method of incoherent accumulation of radar signals provides a range measurement with a minimum accumulation volume, with a minimum amount of statistical data used to determine the optimal accumulation mode, as well as for a minimum number of steps. The decrease in the accumulation volume N is also significantly facilitated by the increase in the energy potential of the device, due to the increase in the duration of the probe pulse within the limits allowed by the given resolution: this increases the energy of the probe signal and the noise in the receiving channel due to the corresponding narrowing of its passband. As a result, the maximum possible range measurement efficiency is achieved at the maximum range and minimum energy costs.

Источники информацииInformation sources

1. В.А.Волохатюк, В.М.Кочетков, P.P.Красовский "Вопросы оптической локации". М., Изд-во "Советское радио", 1971 г., с.176.1. V.A. Volokhatyuk, V.M. Kochetkov, P.P. Krasovsky "Issues of optical location". M., Publishing House "Soviet Radio", 1971, p.176.

2. Я.Д.Ширман, В.Н.Манжос «Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех». М., Изд-во «Радио и связь», 1981 г., с.70, 81.2. Ya. D. Shirman, VN Manzhos “Theory and technique of processing radar information against the background of interference”. M., Publishing House "Radio and Communications", 1981, S. 70, 81.

3. Патент РФ №2359226 по заявке 2007137271/28 от 10.10.2007. «Способ некогерентного накопления светолокационных сигналов». - Прототип.3. RF patent No. 2359226 according to the application 2007137271/28 from 10.10.2007. "The method of incoherent accumulation of radar signals." - The prototype.

4. В.Е.Гмурман «Теория вероятностей и математическая статистика», М., Изд-во «Высшая школа», 1977 г.4. V.E. Gmurman "Probability Theory and Mathematical Statistics", Moscow, Publishing House "Higher School", 1977

5. Patent US No 5805468.5. Patent US No. 5805468.

Claims (3)

1. Способ некогерентного накопления светолокационных сигналов, включающий серию из N циклов зондирования, в каждом цикле зондирования производят посылку зондирующего светового импульса S0(t,t0), где t - текущее время, t0 - момент излучения зондирующего импульса, квантуют время на отдельные дискреты длительностью Т, образуя тем самым ячейки дальности, в каждой из дискрет времени осуществляют прием отраженного сигнала S(t,tD), где tD - момент приема отраженного импульса, определяют его значение Sjm, накапливают значения Sjm в каждой j-й ячейке дальности путем формирования их сумм
Figure 00000002
, и по массиву сумм {Sj} судят о задержке τ принятого сигнала относительно зондирующего импульса τ=tD-t0, по которой определяют дальность до цели D=сτ/2, где с - скорость света, j=1, 2, … J - порядковый номер ячейки дальности, начиная от момента t0; J - количество ячеек дальности; m=1, 2, … N - порядковый номер зондирования, отличающийся тем, что устанавливают длительность tи зондирующего импульса в пределах от 2Т до ΔТD, где ΔТD - заданная разрешающая способность по дальности, предварительно производят оцифровку зондирующего импульса путем определения его выборочных значений S0j с периодом выборок, равным тактовому периоду Т, где j=1, 2, … К - порядковый номер выборки, начиная от момента t0; K=tи/T - количество выборок, и регистрации массива {S0j} этих выборочных значений, а по завершении накопления пошагово сдвигают массив {Sj} относительно {S0j}, на каждом шаге р=1, 2, … Рmax, проверяя степень их совпадения по заранее установленному критерию, например по коэффициенту корреляции
Figure 00000019
где Рmax - максимальное число шагов, соответствующее диапазону измерения дальности, определяют порядковый номер шага Р, на котором степень совпадения массивов {Sj} и {S0j} оптимально соответствует принятому критерию, и определяют дальность D до цели по формуле D=cPT/2, причем в процессе накопления определяют оценки среднеквадратического отклонения σS выборочных значений Sjm и их среднего значения MS, устанавливают порог накопления CN=QσS+MS, где Q - коэффициент превышения порога над шумом, определяемый из условия обеспечения максимальной вероятности правильного обнаружения в каждой ячейке дальности при заданной вероятности ложной тревоги во всем диапазоне измеряемых дальностей, и прекращают процесс накопления при количестве зондирований N, когда хотя бы в одной из ячеек дальности накопленная сумма Sj превысит пороговую величину СN.
1. A method of incoherent accumulation of radar signals, including a series of N sounding cycles, in each sounding cycle, a probe light pulse S 0 (t, t 0 ) is sent, where t is the current time, t 0 is the moment of radiation of the sounding pulse, time is quantized by individual samples of duration T, thereby forming a range cell, in each of the time samples receive the reflected signal S (t, t D ), where t D is the moment of reception of the reflected pulse, determine its value S jm , accumulate the values of S jm in each j far cell aws by forming their sums
Figure 00000002
, and from the array of sums {S j } judge the delay τ of the received signal relative to the probe pulse τ = t D -t 0 , which determine the distance to the target D = cτ / 2, where c is the speed of light, j = 1, 2, ... J is the ordinal number of the range cell, starting from the moment t 0 ; J is the number of range cells; m = 1, 2, ... N is the sensing sequence number, characterized in that the duration t and the probe pulse are set in the range from 2T to ΔT D , where ΔT D is the preset range resolution, the probe pulse is first digitized by determining its sample values of S 0j with a sampling period equal to the clock period T, where j = 1, 2, ... K is the serial number of the sample, starting from the moment t 0 ; K = t and / T is the number of samples and registration of the array {S 0j } of these sample values, and upon completion of accumulation, the array {S j } is shifted step by step relative to {S 0j }, at each step p = 1, 2, ... P max checking the degree of their coincidence according to a predetermined criterion, for example, by correlation coefficient
Figure 00000019
where P max is the maximum number of steps corresponding to the range of range measurement, determine the sequence number of step P, at which the degree of coincidence of the arrays {S j } and {S 0j } optimally matches the accepted criterion, and determine the distance D to the target using the formula D = cPT / 2, and during the accumulation process, estimates of the standard deviation σ S of the selected values of S jm and their average value M S are determined, the accumulation threshold C N = Qσ S + M S is set , where Q is the coefficient of exceeding the threshold over noise, determined from the condition of ensuring the maximum probability the correct detection in each range cell at a given probability of false alarm in the entire range of measured ranges, and stop the accumulation process with the number of soundings N, when the accumulated sum S j exceeds at least one of the range cells the threshold value С N.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в одном из массивов {Sjm}, например в массиве {Sj1}, выделяют группу статистически независимых выборочных значений в количестве М, и затем определяют оценки среднего значения MS и среднеквадратического отклонения σS по формулам
Figure 00000004
;
Figure 00000005
Figure 00000020
причем количество М выборочных значений в этой группе предварительно устанавливают из условия обеспечения заданной точности оценок, например с помощью уравнения
Figure 00000008

где
q - допустимая погрешность оценки;
γ - надежность оценки;
Figure 00000009
- плотность распределения случайной величины χ.
Figure 00000010

Figure 00000021
- оценка величины обусловленного шумом среднеквадратического разброса выборок в массиве {Sj};
σ>0 - непрерывный параметр, имеющий размерность σS.
2. The method according to claim 1, characterized in that in one of the arrays {S jm }, for example, in the array {S j1 }, a group of statistically independent sampled values is selected in the amount of M, and then estimates of the mean value of M S and standard deviation are determined σ S by the formulas
Figure 00000004
;
Figure 00000005
Figure 00000020
moreover, the number M of sample values in this group is preliminarily set from the condition of ensuring a given accuracy of estimates, for example, using the equation
Figure 00000008

Where
q is the permissible error of the estimate;
γ is the reliability of the estimate;
Figure 00000009
is the distribution density of the random variable χ.
Figure 00000010

Figure 00000021
- estimate the magnitude of the noise-induced mean-square spread of samples in the array {S j };
σ> 0 is a continuous parameter having dimension σ S.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в начале измеряемого интервала дальностей коэффициент Q устанавливают с превышением относительно среднего значения, а по мере увеличения порядкового номера j уменьшают его таким образом, чтобы вероятность ложной тревоги во всем измеряемом диапазоне дальностей не превышала заданного предела, причем начальное превышение коэффициента Q и его значения, соответствующие текущей дальности, задают из условия соблюдения требуемой вероятности обнаружения сигнала в каждой из ячеек дальности. 3. The method according to claim 1, characterized in that at the beginning of the measured range of ranges the coefficient Q is set in excess of the average value, and as the serial number j increases, it is reduced so that the probability of a false alarm in the entire measured range of ranges does not exceed the specified the limit, and the initial excess of the coefficient Q and its values corresponding to the current range are set from the condition for observing the required probability of detecting a signal in each of the range cells.
RU2011101613/28A 2011-01-18 2011-01-18 Method for non-coherent accumulation of optical location signals RU2455615C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011101613/28A RU2455615C1 (en) 2011-01-18 2011-01-18 Method for non-coherent accumulation of optical location signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011101613/28A RU2455615C1 (en) 2011-01-18 2011-01-18 Method for non-coherent accumulation of optical location signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2455615C1 true RU2455615C1 (en) 2012-07-10

Family

ID=46848667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011101613/28A RU2455615C1 (en) 2011-01-18 2011-01-18 Method for non-coherent accumulation of optical location signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2455615C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2562147C1 (en) * 2014-06-09 2015-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Device for determining distance and speed
RU2562148C1 (en) * 2014-06-09 2015-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Remote object distance and speed determination method
RU2563608C1 (en) * 2014-06-09 2015-09-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Remote object distance and speed evaluation method
RU2563607C1 (en) * 2014-06-09 2015-09-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Aircraft altitude and vertical speed measurement method
CN113447903A (en) * 2015-06-26 2021-09-28 安波福技术有限公司 Radar signal processing for autonomous vehicles
RU2797829C1 (en) * 2023-01-24 2023-06-08 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Noise dispersion method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4640613A (en) * 1983-06-21 1987-02-03 Fuji Electric Corporate Research And Development, Ltd. Image data comparison circuit for rangefinders
US7184130B1 (en) * 2004-07-15 2007-02-27 Exelys, Llc Method for improving the received signal to noise ratio of a laser rangefinder
RU2359226C1 (en) * 2007-10-10 2009-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method of incoherent accumulation of light-detecting signals

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4640613A (en) * 1983-06-21 1987-02-03 Fuji Electric Corporate Research And Development, Ltd. Image data comparison circuit for rangefinders
US7184130B1 (en) * 2004-07-15 2007-02-27 Exelys, Llc Method for improving the received signal to noise ratio of a laser rangefinder
RU2359226C1 (en) * 2007-10-10 2009-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method of incoherent accumulation of light-detecting signals

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2562147C1 (en) * 2014-06-09 2015-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Device for determining distance and speed
RU2562148C1 (en) * 2014-06-09 2015-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Remote object distance and speed determination method
RU2563608C1 (en) * 2014-06-09 2015-09-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Remote object distance and speed evaluation method
RU2563607C1 (en) * 2014-06-09 2015-09-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Aircraft altitude and vertical speed measurement method
CN113447903A (en) * 2015-06-26 2021-09-28 安波福技术有限公司 Radar signal processing for autonomous vehicles
CN113447903B (en) * 2015-06-26 2024-05-17 安波福技术股份公司 Radar signal processing for an automotive vehicle
RU2797829C1 (en) * 2023-01-24 2023-06-08 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Noise dispersion method
RU2811387C1 (en) * 2023-10-11 2024-01-11 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method for receiving light-screen signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rowlinson et al. Limits on Fast Radio Bursts and other transient sources at 182 MHz using the Murchison Widefield Array
RU2455615C1 (en) Method for non-coherent accumulation of optical location signals
Malofeev et al. Flux densities of 235 pulsars at 102.5 MHz
CN113238246A (en) Method and device for simultaneously measuring distance and speed based on pulse sequence and storage medium
US20150220488A1 (en) System and method for interferometrically tracking objects using a low-antenna-count antenna array
US7242462B2 (en) Speed detection methods and devices
RU2529355C2 (en) Method of determining spatial distribution of ionospheric inhomogeneities
RU2399062C1 (en) Ionospheric probe-direction finder
JP4817665B2 (en) Lightning location method and system
RU2510043C1 (en) Method of determining range to earth's surface
US7495611B2 (en) Method for determining signal direction using artificial doppler shifts
US10928532B2 (en) Seismic survey method
RU2334244C1 (en) Method of radio radiation source location detection
RU2460093C1 (en) Method of measuring distance using sonar
RU2451904C1 (en) Range-finding method
RU2469269C2 (en) Range-finding method
RU2660219C1 (en) Method of classifying sonar echo
CN116125406A (en) Method for evaluating performance of space-based surveillance radar based on SNR estimation and track-pointing track report
RU2385471C2 (en) Method of determining range and/or speed of remote object
CN116381709A (en) Method, storage medium and apparatus for measuring time of flight
RU2390724C2 (en) Method for light-range finding
RU2711432C1 (en) Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources
RU2515419C1 (en) Method of measuring change in course angle of probing signal source
RU2352903C1 (en) Method of laser probing of remote object
RU2359227C1 (en) Method of optical location range finding