RU2543493C1 - Radar sensor for approach speed of moving object with obstacle - Google Patents
Radar sensor for approach speed of moving object with obstacle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2543493C1 RU2543493C1 RU2013158777/07A RU2013158777A RU2543493C1 RU 2543493 C1 RU2543493 C1 RU 2543493C1 RU 2013158777/07 A RU2013158777/07 A RU 2013158777/07A RU 2013158777 A RU2013158777 A RU 2013158777A RU 2543493 C1 RU2543493 C1 RU 2543493C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- phase
- phase discriminator
- integrator
- Prior art date
Links
- 238000013459 approach Methods 0.000 title description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 238000012549 training Methods 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- XUKUURHRXDUEBC-KAYWLYCHSA-N Atorvastatin Chemical compound C=1C=CC=CC=1C1=C(C=2C=CC(F)=CC=2)N(CC[C@@H](O)C[C@@H](O)CC(O)=O)C(C(C)C)=C1C(=O)NC1=CC=CC=C1 XUKUURHRXDUEBC-KAYWLYCHSA-N 0.000 description 1
- 208000035051 Malignant migrating focal seizures of infancy Diseases 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 208000012054 malignant migrating partial seizures of infancy Diseases 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ближней радиолокации и может быть использовано в системах фазовой автоподстройки (ФАП) частоты в радиолокационном датчике доплеровского смещения частоты.The invention relates to the field of near radar and can be used in phase locked loop (FAP) systems in a radar sensor Doppler frequency shift.
Известны радиолокационные датчики для определения скорости сближения движущегося объекта с препятствием (см. Патент РФ №2501034, МПК G01S 13/58, от 14.12.2011) Задача, решаемая в данном изобретении, заключается в повышении вероятности правильного измерения скорости приближения автомобиля к радиолокационной станции (РЛС) и уменьшении массогабаритных и стоимостных характеристик локаторов для государственной инспекции безопасности дорожного движения (ГИБДД). Указанный результат достигается за счет реализации локаторов с использованием более низкочастотного сигнала, излучаемого РЛС, и проведения измерения скорости приближения автомобиля к РЛС на более коротком и заранее известном интервале расстояния. Локатор для ГИБДД содержит РЛС измерения начальной скорости движущегося объекта, приемно-передающую антенну, которую устанавливают, при необходимости, на автомобиле ГИБДД и которая излучает непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, и имеет преобразователь скорости перемещения автомобиля ГИБДД, выходы которого, так же как и выходы вычислителя скорости РЛС, подключены, соответственно, к первым и вторым входам схемы вычитания.Known radar sensors for determining the speed of approach of a moving object with an obstacle (see RF Patent No. 2501034, IPC G01S 13/58, 12/14/2011) The problem solved in this invention is to increase the likelihood of correctly measuring the speed of approaching a vehicle to a radar station ( Radar) and reducing the overall dimensions and cost characteristics of locators for the state traffic safety inspection (STSI). This result is achieved through the implementation of locators using a lower frequency signal emitted by the radar, and by measuring the speed of approach of the car to the radar at a shorter and predetermined distance interval. The traffic police locator contains a radar for measuring the initial speed of a moving object, a receiving and transmitting antenna, which is installed, if necessary, on the traffic police car and which emits a continuous signal with frequency modulation according to a one-sided ramp law, and has a traffic speed converter for the traffic police , as well as the outputs of the radar speed calculator, are connected, respectively, to the first and second inputs of the subtraction circuit.
Недостатком данного датчика является статичность данных о срывах, не позволяющих производить корректировку системы с целью избегания этих срывов.The disadvantage of this sensor is the static data on disruptions that do not allow the adjustment of the system to avoid these disruptions.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является радиолокационный датчик скорости определения срывов слежения за фазой, основанный на математических моделях ФАП статистической динамики систем синхронизации, выбранный в качестве прототипа (см. Белов Л.А. Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты: учебное пособие. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. стр.268), работающий в диапазоне частот 24 ГГц.Closest to the technical nature of the claimed invention is a radar speed sensor for detecting phase-outs, based on mathematical models of the phase-locked-in statistical dynamics of synchronization systems, selected as a prototype (see L. A. Belov. Microwave signal generation devices and their components: training allowance.M.: Publishing House MPEI, 2010. p.268), operating in the frequency range 24 GHz.
Датчик содержит высокостабильный генератор, блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), выход которого подключен с генератору управляемого напряжения (ГУН), выход которого соединен со входом передающего канала, включающего умножитель частоты, выход которого через аттенюатор соединен с усилителем, связанного через дуплексер с приемо-передающей антенной, второй выход генератора управляющего напряжения соединен со входом приемного канала, включающего усилитель приемного канала, соединенного через умножитель частоты приемного канала с первым входом когерентного квадратурного приемника, второй вход которого соединен через дуплексер с антенной.The sensor contains a highly stable generator, a phase-locked loop (PLL), the output of which is connected to a controlled voltage generator (VCO), the output of which is connected to the input of the transmitting channel, which includes a frequency multiplier, the output of which is connected through an attenuator to an amplifier connected through a duplexer to the receiver transmitting antenna, the second output of the control voltage generator is connected to the input of the receiving channel, including the amplifier of the receiving channel, connected through a frequency multiplier of the receiving channel to ervym input quadrature coherent receiver, a second input coupled through the duplexer to the antenna.
Датчик выполнен на серийных микросхемах. В канале радиопередающего устройства формируется немодулированный сигнал с частотой, стабилизированной высокостабильным (кварцевым) генератором, а отраженный от препятствия сигнал с доплеровским смещением частоты поступает на вход когерентного I/Q-приемника, где выделяются квадратурные составляющие I и Q для цифровой обработки.The sensor is made on serial chips. An unmodulated signal with a frequency stabilized by a highly stable (quartz) generator is formed in the channel of the radio transmitting device, and the signal reflected from the obstacle with a Doppler frequency offset is fed to the input of a coherent I / Q receiver, where the quadrature components I and Q are extracted for digital processing.
Усилители формируют опорное колебание с частотой 24 ГГц.Amplifiers form a reference oscillation with a frequency of 24 GHz.
В блоке фазовой автоподстройки использован корректирующий фильтр, который синтезируется таким образом, чтобы максимальная динамическая ошибка слежения за фазой сигнала не превышала заданные пределы. Уменьшение динамической ошибки слежения возможно за счет расширения полосы частот фильтра ФАПЧ, а это, в свою очередь, приводит к росту флуктуационной ошибки слежения за фазой.The phase-locked loop uses a correction filter, which is synthesized in such a way that the maximum dynamic error of tracking the phase of the signal does not exceed the specified limits. A decrease in the dynamic tracking error is possible due to the expansion of the PLL filter frequency band, and this, in turn, leads to an increase in the fluctuation error of the phase tracking.
Недостатком данного способа является выбор компромисса между флуктуационной и динамической ошибкой, т.е. нахождение некоторой оптимальной полосы частот фильтра.The disadvantage of this method is the choice of a compromise between fluctuation and dynamic error, i.e. finding some optimal filter bandwidth.
Технической задачей, решаемой в изобретении, является повышение точности определения моментов срывов ФАПЧ и возможность их корректировки. Достигаемый технический результат изобретения - отслеживание моментов срыва слежения за фазой и ввода коррекции сигнала во избежание этих срывов.The technical problem solved in the invention is to increase the accuracy of determining the moments of disruption of the PLL and the possibility of their correction. Achievable technical result of the invention is the tracking of moments of disruption of phase tracking and input signal correction in order to avoid these disruptions.
Поставленная задача реализуется тем, что в радиолокационный датчик сближения движущегося объекта с препятствием, содержащий высокостабильный генератор, блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), выход которого подключен к генератору управляемого напряжения (ГУН), один из выходов которого соединен с входом передающего канала, включающего умножитель частоты, выход которого через аттенюатор соединен с усилителем, связанного через дуплексер с приемо-передающей антенной, второй выход генератора управляемого напряжения соединен с входом приемного канала, включающего усилитель приемного канала, соединенного через умножитель частоты приемного канала с первым входом когерентного квадратурного приемника, второй вход которого соединен через дуплексер с приемо-передающей антенной, блок ФАПЧ содержит первый фазовый дискриминатор, блок смещения фазы, первый интегратор, сумматор, второй фазовый дискриминатор, пороговое устройство, блок коррекции обратной связи, третий фазовый дискриминатор, второй интегратор, четвертый фазовый дискриминатор, инвертор, фильтр, третий интегратор, детектор огибающей, при этом вход первого фазового дискриминатора соединен с первым выходом высокостабильного генератора, а выход соединен со входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом четвертого фазового дискриминатора и с входом сумматора, выход сумматора подключен к первому входу второго фазового дискриминатора, второй выход высокостабильного генератора соединен с входом третьего фазового дискриминатора, соединенного с входом второго интегратора, первый выход которого подключен ко второму входу сумматора, а второй выход второго интегратора соединен со вторым входом четвертого фазового дискриминатора, выход четвертого фазового дискриминатора соединен с входом инвертора, первый выход которого соединен с детектором огибающей подключенного ко второму входу второго фазового дискриминатора, второй выход инвертора соединен с фильтром, выход которого соединен через третий интегратор с первым входом блок коррекции, второй вход блока коррекции связан с первым выходом порогового устройства, выход блока коррекции соединен соответственно со вторым входом третьего фазового дискриминатора и через блок смещения фазы со вторым входом первого фазового дискриминатора, выход второго фазового дискриминатора соединен с входом порогового устройства, второй выход которого соединен с ГУН.The task is realized in that in the radar proximity sensor of a moving object with an obstacle, containing a highly stable generator, a phase-locked loop (PLL), the output of which is connected to a controlled voltage generator (VCO), one of the outputs of which is connected to the input of the transmitting channel including the multiplier frequency, the output of which through an attenuator is connected to an amplifier connected through a duplexer to a transceiver antenna, the second output of the controlled voltage generator is connected to the input the receiving channel, including the amplifier of the receiving channel, connected through the frequency multiplier of the receiving channel to the first input of the coherent quadrature receiver, the second input of which is connected through a duplexer to the transceiver antenna, the PLL contains a first phase discriminator, a phase offset unit, a first integrator, an adder, a second phase discriminator, threshold device, feedback correction block, third phase discriminator, second integrator, fourth phase discriminator, inverter, filter, third integ an envelope detector, wherein the input of the first phase discriminator is connected to the first output of the highly stable generator, and the output is connected to the input of the first integrator, the output of which is connected to the first input of the fourth phase discriminator and the input of the adder, the output of the adder is connected to the first input of the second phase discriminator, the second output of the highly stable generator is connected to the input of the third phase discriminator connected to the input of the second integrator, the first output of which is connected to the second input of the sums ator, and the second output of the second integrator is connected to the second input of the fourth phase discriminator, the output of the fourth phase discriminator is connected to the inverter input, the first output of which is connected to the envelope detector connected to the second input of the second phase discriminator, the second output of the inverter is connected to the filter, the output of which is connected through the third integrator with the first input of the correction unit, the second input of the correction unit is connected to the first output of the threshold device, the output of the correction unit is connected respectively with the second input of the third phase discriminator and through the phase shift unit with the second input of the first phase discriminator, the output of the second phase discriminator is connected to the input of the threshold device, the second output of which is connected to the VCO.
По существу радиолокационный датчик представляет собой систему из двух контуров, один из которых используется в контуре слежения за фазой, а другой - в контуре обнаружителя срыва слежения. За счет совместной обработки информации, получаемой с обоих дискриминаторов, удается отследить срывы слежения за фазой и ввода коррекции. Данному изобретению за счет совместной обработки информации, получаемой с обоих дискриминаторов, удается отследить моменты срыва слежения за фазой и ввести коррекцию так, чтобы избежать этих срывов.Essentially, the radar sensor is a system of two loops, one of which is used in the phase tracking loop, and the other in the loop breakdown detector loop. Due to the joint processing of information received from both discriminators, it is possible to track the failures of phase tracking and input correction. This invention due to the joint processing of information received from both discriminators, it is possible to track the moments of failure of phase tracking and introduce correction so as to avoid these failures.
Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
- на фиг.1 изображен радиолокационный датчик скорости сближения движущегося объекта с препятствием,- figure 1 shows a radar sensor of the speed of approach of a moving object with an obstacle,
- на фиг.2 показана зависимость коэффициента подавления Кпод от полной вероятности ошибки Рош при разных значениях фазы φ0(t). Кривые 1-5 соответствуют φ0: 0, π/20, π/10, 3π/20, π/5,- figure 2 shows the dependence of the suppression coefficient K under on the total probability of error R OS for different values of the phase φ 0 (t). Curves 1-5 correspond to φ 0 : 0, π / 20, π / 10, 3π / 20, π / 5,
- на фиг.3 представлена зависимость фазы входного и опорного сигнала фазового дискриминатора традиционной ФАП от времени при Тф=200/fн,- figure 3 presents the dependence of the phase of the input and the reference signal of the phase discriminator of the traditional phase-converters on time at T f = 200 / f n ,
- на фиг.4 представлена зависимость фазы входного и опорного сигнала фазового дискриминатора традиционной ФАП от времени при Тф=140/fн,- figure 4 presents the dependence of the phase of the input and the reference signal of the phase discriminator of the traditional phase-converting converter from time to time at T f = 140 / f n
- на фиг.5 - представлена зависимость фазы входного и опорного сигналов фазового дискриминатора двухдискриминаторной ФАП при постоянной времени фильтра, равной Тф=500/fн.- figure 5 shows the dependence of the phase of the input and reference signals of the phase discriminator of the two-discriminatory phase-difference converter at a filter time constant equal to T f = 500 / f n .
Радиолокационный датчик скорости сближения движущегося объекта с препятствием содержит генератор 1, блок 2 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), выход которого подключен с генератору 3 управляемого напряжения (ГУН), один из выходов которого соединен с входом передающего канала, включающего умножитель 4 частоты, выход которого через аттенюатор 5 соединен с усилителем 6, связанного через дуплексер 7 с приемо-передающей антенной 8, второй выход генератора 3 управляющего напряжения соединен со входом приемного канала, включающего усилитель 9 приемного канала, соединенного через умножитель 10 частоты приемного канала с первым входом когерентного квадратурного приемника 11, второй вход последнего соединен через дуплексер 7 с приемо-передающей антенной 8. Блок 2 ФАПЧ содержит первый фазовый дискриминатор 12, блок смещения фазы 13, первый интегратор 14, сумматор 15, второй фазовый дискриминатор 16, пороговое устройство 17, блок 18 коррекции обратной связи, третий фазовый дискриминатор 19, второй интегратор 20, четвертый фазовый дискриминатор 21, инвертор 22, фильтр 23, третий интегратор 24, детектор огибающей 25.The radar sensor of the speed of approaching a moving object with an obstacle contains a
При этом вход первого фазового дискриминатора 12 соединен с первым выходом высокостабильного генератора 1, а выход соединен со входом первого интегратора 14, выход которого соединен с первым входом четвертого фазового дискриминатора 21 и с входом сумматора 15, выход сумматора подключен к первому входу второго фазового дискриминатора 16, второй выход высокостабильного генератора 1 соединен с входом третьего фазового дискриминатора 19, соединенного с входом второго интегратора 20, первый выход которого подключен ко второму входу сумматора, а второй выход второго интегратора 20 соединен со вторым входом четвертого фазового дискриминатора 21, выход четвертого фазового дискриминатора 21 соединен с входом инвертора 22, первый выход которого соединен с детектором огибающей 25 подключенного ко второму входу второго фазового дискриминатора 16, второй выход инвертора соединен с фильтром 23, выход которого соединен через третий интегратор 24 с первым входом блок коррекции 18, второй вход блока коррекции 18 связан с первым выходом порогового устройства 17, выход блока коррекции 18 соединен соответственно со вторым входом третьего фазового дискриминатора 19 и через блок 13 смещения фазы со вторым входом первого фазового дискриминатора 12, выход второго фазового дискриминатора 16 соединен с входом порогового устройства 17, второй выход которого соединен с ГУН 3.The input of the
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Рассмотрим ситуацию срыва слежения за фазой на примере схемы Костаса (см. (1) Шахтарин Б.И. Синхронизация в радиосвязи и радионавагации: учебное пособие. М.: Гелиос АРВ, 2007. (2) ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования, под ред. Петрова А.И., Харисова В.Н. М.: Радиотехника, 2005).Let us consider the situation of phase tracking failure using the example of the Costas scheme (see (1) Shakhtarin B.I. Synchronization in radio communications and radio navigation: a training manual. M: Helios ARV, 2007. (2) GLONASS. Principles of construction and operation, ed. Petrova A.I., Kharisova V.N. M.: Radio Engineering, 2005).
Интервал однозначности фазового дискриминатора для схемы Костаса равен ±π/4.The uniqueness interval of the phase discriminator for the Costas scheme is ± π / 4.
Пусть на входе ФАП присутствует сигнал X1(t)Let the signal X 1 (t) be present at the FAP input
где A - амплитуда сигнала, ω0 - циклическая частота несущего колебания, φ0(t) - рассогласование с фазой опорного сигнала.where A is the signal amplitude, ω 0 is the cyclic frequency of the carrier oscillation, φ 0 (t) is the mismatch with the phase of the reference signal.
Если величина φ0(t) превышает величину ±π/4, то система теряет устойчивость, и происходит срыв слежения по фазе. При этом все наблюдаемые параметры системы ФАП ведут себя так, будто на входе системы присутствует сигнал X2(t)If the value of φ 0 (t) exceeds the value ± π / 4, then the system loses stability, and phase tracking is disrupted. Moreover, all the observable parameters of the phase response system behave as if there is a signal X 2 (t) at the input of the system
Таким образом, по поведению системы ФАП невозможно сделать однозначный вывод о том, имеется ли в данный момент срыв слежения за фазой сигнала X1(t), либо система ФАП работает стабильно, но на входе присутствует сигнал X2(t). Из чего можно сделать вывод, что оптимальным обнаружителем срыва слежения схемы ФАП является оптимальный различитель сигналов Х1(t) и X2(t).Thus, according to the behavior of the FAP system, it is impossible to make an unambiguous conclusion about whether there is currently a breakdown in the phase monitoring of the signal X 1 (t), or if the FAP system is stable, but there is a signal X 2 (t) at the input. From which we can conclude that the optimal detector for disruption in the tracking of the PLL circuit is the optimal signal discriminator X 1 (t) and X 2 (t).
Для синтеза оптимального различителя сигналов входной сигнал U(t) можно записать в следующем виде:To synthesize an optimal signal discriminator, the input signal U (t) can be written in the following form:
U(t)=θX1(t)+(1-θ)X2(t)+n(t)U (t) = θX 1 (t) + (1-θ) X 2 (t) + n (t)
где n(t) - белый гауссовский шум, θ - случайный параметр, принимающий значение 1 с вероятностью p и значение 0 с вероятностью 1-p.where n (t) is white Gaussian noise, θ is a random
Значению θ=1 соответствует режим корректного слежения за фазой, а значению θ=0 - состояние срыва слежения по фазе, когда петля системы ФАП оказывается неустойчивой.The value θ = 1 corresponds to the correct phase tracking mode, and the value θ = 0 corresponds to the phase failure state when the loop of the PLL turns out to be unstable.
Вероятность p зависит от соотношения полосы ФАП и флуктуации фазы входного сигнала.The probability p depends on the ratio of the FAP band and the phase fluctuation of the input signal.
Задача заключается в том, чтобы синтезировать систему, которая бы осуществляла бы различение сигналов X1(t) и X2(t) с минимальной полной вероятностью ошибки.The task is to synthesize a system that would distinguish the signals X 1 (t) and X 2 (t) with a minimum total probability of error.
2. Синтез структурной схемы оптимального обнаружителя срыва слежения по фазе схемы ФАП производится в два этапа. Вначале на основании критерия минимума полной вероятности ошибки синтезируется схема оптимального обнаружителя срыва колебаний. Затем ставится задача оптимизации схемы с точки зрения минимизации вычислительных затрат.2. The synthesis of the structural diagram of the optimal phase disruption detection detector for the phase of the PLL is carried out in two stages. First, on the basis of the criterion of the minimum of the total probability of error, a scheme for the optimal detector for the failure of oscillations is synthesized. Then the task is to optimize the circuit in terms of minimizing computational costs.
Оптимальный обнаружитель срыва колебаний - это фактически оптимальный различитель сигналов (1) и (2). Структурную схему оптимального различителя сигналов можно определить из формулы для вычисления отношения правдоподобия ((3) Шахтарин Б.И. Обнаружение сигналов: учебное пособие. М.: Гелиос АРВ, 2006).The optimal detector for stalling oscillations is actually the optimal discriminator of signals (1) and (2). The structural diagram of the optimal signal discriminator can be determined from the formula for calculating the likelihood ratio ((3) Shakhtarin B. I. Signal Detection: a training manual. M.: Helios ARV, 2006).
Запишем отношение правдоподобия
где T - интервал наблюдения, Э - энергия полезного сигнала, N0 - спектральная плотность мощности шума n(t).where T is the observation interval, E is the energy of the useful signal, N 0 is the spectral density of the noise power n (t).
Преобразуем числитель дроби (3) к виду:We transform the numerator of the fraction (3) to the form:
гдеWhere
Аналогично получим значение для знаменателя выражения (3)Similarly, we get the value for the denominator of expression (3)
Подставив выражения (4) и (7) в соотношение (3), получим:Substituting expressions (4) and (7) in relation (3), we obtain:
Последнее выражение можно переписать в виде:The last expression can be rewritten as:
где l0 - величина порога, с которым сравнивается решающая статистика.where l 0 is the threshold value with which the decisive statistics are compared.
Прологарифмировав правую и левую часть выражения (8), получим:Prologarithm the right and left side of the expression (8), we obtain:
Из выражения (9) можно получить алгоритм работы оптимального различителя сигналов при когерентном приеме:From expression (9), we can obtain the algorithm of the optimal signal discriminator for coherent reception:
где h - величина порога после нормировки.where h is the threshold value after normalization.
Этот алгоритм приводит к структурной схеме, приведенной на фиг.1, в которой сравнение решающей статистики с порогом происходит в блоке 17 пороговом устройстве (ПУ). В блоке 12 использован первый фазовый дискриминатор, в блоке 13 производится смещение сигнала на π/2, в блоке 14 производится интегрирование. С выхода первого интегратора 14 сигнал подается на четвертый фазовый дискриминатор 21 и на сумматор 15, с выхода сумматора сигнал подается на второй фазовый дискриминатор 16, поступает на пороговое устройство 17 и далее поступает в блок коррекции обратной связи 18. С выхода блока 18 сигнал поступает на третий фазовый дискриминатор 19 и на блок смещения фазы 13. Выход третьего фазового дискриминатора соединен со вторым интегратором 20. Выход второго интегратора 20 соединен с сумматором 15 и с четвертым фазовым дискриминатором 21, выход четвертого фазового дискриминатора 21 соединен с входом инвертора 22, выход которого соединен через блок 25, использующий функцию
Схема обнаружителя срыва слежения по фазе использует оценку фазы φ0 от системы ФАП и производит вычисление величины cosφ0-sinφ0, что приводит к дополнительным вычислительным затратам.The phase detection breakdown detector circuit uses an estimate of the phase φ 0 from the FAP system and calculates cosφ 0 -sinφ 0 , which leads to additional computational costs.
С целью уменьшения вычислительных затрат можно преобразовать выражение cosφ0-sinφ0 так, чтобы для его вычисления использовать сигнал с выхода фазового дискриминатора (ФД) схемы Костаса UФД~sin 2φ0. Для этого необходимо выразить разность cosφ0-sinφ0 через sin 2φ0 In order to reduce computational costs, it is possible to transform the expression cosφ 0 -sinφ 0 so that to calculate it, use the signal from the output of the phase discriminator (PD) of the Costas circuit U PD ~ sin 2φ 0 . For this, it is necessary to express the difference cosφ 0 -sinφ 0 in terms of sin 2φ 0
Так как , тоAs then
. .
Еще большего снижения вычислительных затрат можно достичь, если обратить внимание на то, что выражения (5) и (6) полностью совпадают с формулами сигналов в квадратурном и синфазном канале дискриминатора схемы Костаса [1]. Таким образом, обнаружитель срывов слежения за фазой для своей работы может использовать сигналы с выхода синфазного и квадратурного каналов дискриминатора схемы Костаса, а не производить их вычисления самостоятельно.An even greater reduction in computational costs can be achieved if we pay attention to the fact that expressions (5) and (6) completely coincide with the signal formulas in the quadrature and in-phase channel of the discriminator of the Costas circuit [1]. Thus, a phase tracking disruption detector for its work can use the signals from the output of the common-mode and quadrature channels of the Kostas circuit discriminator, and not perform their calculations on their own.
Для того чтобы получить структурную схему двухдискриминаторной ФАП необходимо включить в схему Костаса оптимальный обнаружитель срыва слежения и внести в цепь обратной связи блок 18 - блок коррекции обратной связи (БКОС). В блоке 15 использована - 1, в блоке 16 - Кф(р) и в блоке 17 - 1/р.In order to obtain a block diagram of a two-discriminatory phase-response phase, it is necessary to include an optimal tracking failure detector in the Costas scheme and add block 18, a feedback correction block (BOS), into the feedback circuit. In
БКОС, получая информацию о факте срыва слежения, сдвигает фазу опорного сигнала на заданную величину (например, на ±π/4 для схемы Костаса).BKOS, receiving information about the fact of tracking failure, shifts the phase of the reference signal by a predetermined value (for example, ± π / 4 for the Costas scheme).
3. Анализ помехоустойчивости оптимального обнаружителя срыва слежения по фазе3. The noise immunity analysis of the optimal phase detection breakdown detector
Под помехоустойчивостью системы понимают ее возможность работы в условиях воздействия внешних помех. В качестве характеристики помехоустойчивости часто принимают граничное (наибольшее) значение отношения мощности помехового сигнала к мощности полезного сигнала Кпод=Рпом/Р, при котором система еще может решать целевую задачу с заданными характеристиками [2]. Здесь Р - мощность полезного сигнала, Рпом - мощность помехи в полосе частот полезного сигнала, Кпод - коэффициент подавления [2].Under the noise immunity of the system understand its ability to work in conditions of external interference. As a characteristic of noise immunity, often take the boundary (largest) value of the ratio of the power of the interfering signal to the power of the useful signal Kunder= Ppom/ P, at where the system can still solve the target problem with the given characteristics [2]. Here P is the power of the useful signal, Ppom - interference power in the frequency band of the useful signal, Kunder - suppression coefficient [2].
В нашем случае целевой задачей обнаружителя является правильное обнаружение факта срыва слежения за фазой с полной вероятностью ошибки, не превышающей заданную величину.In our case, the target of the detector is the correct detection of the fact of the failure of phase tracking with the total probability of error not exceeding the specified value.
Полная вероятность ошибки схемы складывается из двух составляющих:The total probability of a circuit error consists of two components:
где Рош(X1) - вероятность ложного обнаружения срыва слежения за фазой; Рош(X2) - вероятность пропуска факта срыва слежения за фазой, p - вероятность прихода сигнала X1.where R OSH (X 1 ) is the probability of false detection of a phase tracking failure; R osh (X 2 ) is the probability of missing the fact of failure of phase tracking, p is the probability of the arrival of signal X 1 .
Для определения Рош(X1) предположим, что на входе системы присутствует сигналTo determine R OSH (X 1 ), suppose that a signal is present at the input of the system
Подставив последнее уравнение в решающую статистику (9) и учтя формулы (5) и (6), получим:Substituting the last equation in the decisive statistics (9) and taking into account formulas (5) and (6), we obtain:
Ложное обнаружение срыва слежения за фазой происходит тогда, когда величина решающей статистики оказывается меньше порога. Вероятность такого события определяется выражением:False detection of a phase tracking failure occurs when the value of the decisive statistics is less than a threshold. The probability of such an event is determined by the expression:
где
Анализируя уравнение (13), делаем вывод, что величина q распределена по гауссовскому закону, т.к. n(t) - гауссовская помеха, а интегрирование - линейная операция. Найдем ее математическое ожидание и дисперсию:Analyzing equation (13), we conclude that q is distributed according to the Gaussian law, since n (t) is a Gaussian interference, and integration is a linear operation. Find its mathematical expectation and variance:
Аналогично можно получить математическое ожидание и дисперсию решающей статистики q, когда на входе присутствует сигнал U(t)=X2(t)+n(t):Similarly, we can obtain the mathematical expectation and variance of the decisive statistics q, when the signal U (t) = X 2 (t) + n (t) is present at the input:
Можно показать, что если сигналы X1(t) и X2(t) равновероятны (p=1/2), то величина порога Z0=0. Тогда вероятность ошибки Рош(X1) определится выражениемIt can be shown that if the signals X 1 (t) and X 2 (t) are equally probable (p = 1/2), then the threshold value Z 0 = 0. Then the probability of error P OSH (X 1 ) is determined by the expression
где - интеграл вероятности.Where is the probability integral.
Аналогично можно показать, чтоSimilarly, we can show that
Подставив выражения (19) и (20) в выражение (11) и учтя условие равновероятности сигналов X1(t) и X2(t)(p=1/2), получим выражение для полной вероятности ошибки:Substituting expressions (19) and (20) into expression (11) and taking into account the condition of equiprobability of the signals X 1 (t) and X 2 (t) (p = 1/2), we obtain the expression for the total error probability:
Выразим в последнем выражении множитель
С учетом (22) выражение (21) перепишется в виде:In view of (22), expression (21) can be rewritten in the form:
На фиг.5 приведены графики зависимости коэффициента подавления Кпод от полной вероятности ошибки Рош при разных значениях рассогласования фазы принимаемого сигнала с фазой опорного сигнала φ0(t).Figure 5 shows graphs of the dependence of the suppression coefficient K under on the total probability of an error P Ош for different values of the mismatch of the phase of the received signal with the phase of the reference signal φ 0 (t).
Из анализа графиков следует, что для получения более низкой полной вероятности ошибки необходимо увеличивать отношение сигнал/шум на входе обнаружителя срыва слежения.From the analysis of the graphs it follows that in order to obtain a lower total probability of error, it is necessary to increase the signal-to-noise ratio at the input of the tracking interruption detector.
Таким образом, вероятность ошибки, как и следовало ожидать, зависит от отношения сигнал/шум.Thus, the probability of error, as expected, depends on the signal-to-noise ratio.
Из выражения (21) можно сделать вывод о том, что оптимальный обнаружитель срыва слежения не сможет работать при
Для сравнения характеристик традиционной и двухдискриминаторной схемы ФАП было произведено моделирование обеих схем при следующих условиях работы:To compare the characteristics of the traditional and dual-discriminatory FAP schemes, both schemes were simulated under the following operating conditions:
1) на вход системы подавался сигнал с частотой несущей fн=100 кГц и начальной фазой, изменяющейся по параболическому закону1) a signal with a carrier frequency f n = 100 kHz and an initial phase varying according to a parabolic law was applied to the input of the system
y(tk)=cos(ωнt+φk),y (t k ) = cos (ω н t + φ k ),
, ,
где ωн=2πfн - циклическая частота несущего колебания, φk - текущее значение фазы входного сигнала, а и b - коэффициенты, определяющиеся моделью движения объекта, а φ0 - случайная величина, изменяющаяся в интервале [-π; π];where ω n = 2πf n - angular frequency of the carrier wave, φ k - current value of the input signal phase, a and b - coefficients determined by the model of the object, and φ 0 - random variable that varies in the interval [-π; π];
2) отношение сигнал/шум на входе -5 дБ;2) the signal-to-noise ratio at the input is -5 dB;
3) передаточная характеристика фильтра Кф(p) в цепи обратной связи ФАП была выбрана исходя из обеспечения третьего порядка астатизма системы слежения [2]3) the transfer characteristic of the filter K f (p) in the feedback loop of the FAP was chosen on the basis of ensuring the third order astatism of the tracking system [2]
, ,
где Кф - коэффициент усиления фильтра, Тф - постоянная времени фильтра.where K f - filter gain, T f - filter time constant.
На фиг.6 представлена фаза входного φвх и реализации опорного φоп сигнала традиционной схемы ФАП при отношении сигнал/шум на входе -5 дБ, постоянная времени фильтра равна Тф=200/fн.6 shows the phase φ of the input Rin and implementation reference signal φ op conventional PLL circuit at a signal / noise ratio at the input of -5 dB, the filter time constant is T f = 200 / f n.
В процессе моделирования было установлено, что из-за наличия шума на входе схемы срывы слежения происходят с вероятностью 52%. Для устранения этого явления следует расширить полосу фильтра.During the simulation, it was found that due to the presence of noise at the input of the circuit, tracking failures occur with a probability of 52%. To eliminate this phenomenon, expand the filter band.
На фиг.4 приведена работа традиционной схемы ФАП с фильтром с более широкой полосой (Тф=140/fн). Вероятность срыва слежения за фазой составляет менее 1%.Figure 4 shows the operation of the traditional FAP scheme with a filter with a wider band (T f = 140 / f n ). The probability of failure of phase tracking is less than 1%.
В процессе моделирования было установлено, что среднее квадратическое отклонение оценки фазы составляет 0,4 радиан.During the simulation, it was found that the standard deviation of the phase estimate is 0.4 radians.
Далее при аналогичных условиях было произведено моделирование двухдискриминаторной схемы ФАП.Then, under similar conditions, a two-discriminatory FAP scheme was simulated.
На фиг. 5 согласно изобретения, представлена фаза входного и опорного сигнала двухдискриминаторной схемы ФАП при постоянной времени фильтра, равной Tф=500/fн.In FIG. 5 according to the invention, the phase of the input and reference signal of the dual-discrimination FAP circuit is presented at a filter time constant equal to T f = 500 / f n .
В процессе моделирования было установлено, что среднее квадратическое отклонение оценки фазы составляет 0,15 радиан, т.е. по сравнению с традиционной схемой ФАП точность измерения фазы возросла в 2,7 раза.During the simulation, it was found that the mean square deviation of the phase estimate is 0.15 radians, i.e. Compared with the traditional FAP scheme, the accuracy of the phase measurement increased 2.7 times.
Данное изобретение за счет совместной обработки информации, получаемой с обоих дискриминаторов, удается отследить моменты срыва слежения за фазой и ввести коррекцию так, чтобы избежать эти срывы.This invention due to the joint processing of information obtained from both discriminators, it is possible to track the moments of failure of phase tracking and introduce a correction so as to avoid these failures.
Таким образом, изобретение позволяет повысить точность определения моментов срывов ФАПЧ, и достигается возможность их корректировки. Достигаемый технический результат изобретения - отслеживание моментов срыва слежения за фазой и ввода коррекции сигнала во избежание этих срывов.Thus, the invention improves the accuracy of determining the moments of disruption of the PLL, and it is possible to correct them. Achievable technical result of the invention is the tracking of moments of disruption of phase tracking and input signal correction in order to avoid these disruptions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013158777/07A RU2543493C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Radar sensor for approach speed of moving object with obstacle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013158777/07A RU2543493C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Radar sensor for approach speed of moving object with obstacle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2543493C1 true RU2543493C1 (en) | 2015-03-10 |
Family
ID=53290183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013158777/07A RU2543493C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Radar sensor for approach speed of moving object with obstacle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2543493C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2126164C1 (en) * | 1997-10-28 | 1999-02-10 | Манукьян Арменак Ашикович | Method measuring speed of movement of vehicle |
RU2325705C1 (en) * | 2006-11-23 | 2008-05-27 | Виталий Валерьевич Бондарев | Method to avoid aircraft collision with obstacle and associated device |
US7924215B2 (en) * | 2006-03-27 | 2011-04-12 | Murata Manufactruing Co., Ltd. | Radar apparatus and mobile object |
RU2428713C2 (en) * | 2009-10-26 | 2011-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Конверсия" (ОАО "НПП "Конверсия") | Radar method for preventing collision of aircraft with obstacles in vertical plane and device for realising said method |
EP1797450B1 (en) * | 2004-09-28 | 2012-09-12 | Robert Bosch Gmbh | Radar sensor and method for regulating the distance and speed |
RU2461889C2 (en) * | 2006-02-23 | 2012-09-20 | Коммонвелт Сайентифик Энд Индастриал Рисерч Организейшн | Manoeuvre recognition system and method for vehicle in conflict situations |
EP2506033A2 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-03 | Jaguar Cars Ltd | Monitoring apparatus and method |
-
2013
- 2013-12-30 RU RU2013158777/07A patent/RU2543493C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2126164C1 (en) * | 1997-10-28 | 1999-02-10 | Манукьян Арменак Ашикович | Method measuring speed of movement of vehicle |
EP1797450B1 (en) * | 2004-09-28 | 2012-09-12 | Robert Bosch Gmbh | Radar sensor and method for regulating the distance and speed |
RU2461889C2 (en) * | 2006-02-23 | 2012-09-20 | Коммонвелт Сайентифик Энд Индастриал Рисерч Организейшн | Manoeuvre recognition system and method for vehicle in conflict situations |
US7924215B2 (en) * | 2006-03-27 | 2011-04-12 | Murata Manufactruing Co., Ltd. | Radar apparatus and mobile object |
RU2325705C1 (en) * | 2006-11-23 | 2008-05-27 | Виталий Валерьевич Бондарев | Method to avoid aircraft collision with obstacle and associated device |
RU2428713C2 (en) * | 2009-10-26 | 2011-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Конверсия" (ОАО "НПП "Конверсия") | Radar method for preventing collision of aircraft with obstacles in vertical plane and device for realising said method |
EP2506033A2 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-03 | Jaguar Cars Ltd | Monitoring apparatus and method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БЕЛОВ Л.А. Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты. Учебное пособие. Москва, Издательский дом МЭИ, 2010, с. 268. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3184040B1 (en) | A method for detecting at least one of a heart rate and a respiratory rate of a subject | |
RU2659331C2 (en) | Homodyne receiver and method for overcoming direct current bias noise in homodyne receiver | |
US4357610A (en) | Waveform encoded altitude sensor | |
US20130288611A1 (en) | Circuit and Method for Distance Measurement Between Two Nodes of a Radio Network | |
US20210215812A1 (en) | Electronic device and method for low power rf ranging | |
FI83999B (en) | FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER MAETNING AV HASTIGHETEN AV ETT OBJEKT GENOM ATT UTNYTTJA DOPPLER -FOERSKJUTNINGEN AV ELEKTROMAGNETISK STRAOLNING. | |
JPWO2008102686A1 (en) | Multiband transceiver and positioning system using the transceiver | |
JPH10197626A (en) | Obstacle detecting radar for, particularly, automobile | |
KR20160074526A (en) | Frequency modulated radar level gauging | |
US11269054B2 (en) | Partially coordinated radar system | |
CN113281778A (en) | Coherent laser radar system based on optical phase lock | |
EP0946884B1 (en) | A simulator for testing a collision avoidance radar system | |
Roehr et al. | Method for high precision radar distance measurement and synchronization of wireless units | |
FI91809C (en) | Method and apparatus for measuring the speed of a moving object using the Doppler offset of electromagnetic radiation | |
JP2008122255A (en) | Distance measuring device | |
RU2543493C1 (en) | Radar sensor for approach speed of moving object with obstacle | |
US7095363B2 (en) | Pulse radar apparatus | |
US11770678B2 (en) | One-way phase-based high accuracy distance measurement apparatus and algorithm | |
CN103777203B (en) | Microwave action detector | |
JP4537137B2 (en) | Distance measuring apparatus and distance measuring method using radio waves | |
JP5966475B2 (en) | Radar apparatus and measuring method thereof | |
RU2580507C2 (en) | Radar method and doppler radar with transmitter for implementation thereof | |
JP2021063783A (en) | Distance measuring device and distance measuring method | |
KR102354041B1 (en) | Radar apparatus and method for measuring distance of target using the same | |
CN113567947B (en) | A Demodulation Method of Doppler Phase Shifted Signal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161231 |