RU2787976C1 - Transceiver apparatus of a homodyne radar - Google Patents
Transceiver apparatus of a homodyne radar Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787976C1 RU2787976C1 RU2021130494A RU2021130494A RU2787976C1 RU 2787976 C1 RU2787976 C1 RU 2787976C1 RU 2021130494 A RU2021130494 A RU 2021130494A RU 2021130494 A RU2021130494 A RU 2021130494A RU 2787976 C1 RU2787976 C1 RU 2787976C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- homodyne
- output
- radar
- microwave
- Prior art date
Links
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 27
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники. Предлагаемое устройство относится к области радиоэлектроники, в частности, ближней радиолокации и может быть использовано как функциональный узел радиолокаторов для измерения дальностей, скоростей и угловых координат транспортных средств и пешеходов (далее отражателей) в системах контроля дорожного движения и предотвращения столкновений.The field of technology. The proposed device relates to the field of radio electronics, in particular, short-range radar and can be used as a functional radar unit for measuring ranges, speeds and angular coordinates of vehicles and pedestrians (hereinafter referred to as reflectors) in traffic control and collision avoidance systems.
Уровень техники. В последние десятилетия системы ближней радиолокации (далее радары) широко применяются как для контроля обстановки на транспортных магистралях, так и в системах охраны объектов. Основным их достоинством является возможность предоставления объективных данных о координатах и скоростях отражателей, находящихся в зоне обзора, в любое время суток и в любых погодных условиях. Жесткие требования к стоимости и массогабаритным характеристикам обусловили широкое применение в этих радарах гомодинных приемо-передающих устройств. Классическим аналогом изобретения является радар непрерывного широкополосного излучения (FMCW) гомодинного типа, когда часть излучаемого модулированного по частоте (ЧМ) зондирующего сигнала (ЗС) поступает в качестве гетеродинного на смеситель приемника (см. Справочник по радиолокации в 4-х томах под ред. Скольника том 3, разделы 4.9-4.10). Радары этого типа, использующие линейную частотную модуляцию (ЛЧМ) ЗС и цифровую обработку гомодинного сигнала, получили широчайшее распространение. Важное качество FMCW радаров - возможность контроля пространства на минимальных дальностях отражателей (ближняя зона) - сопровождается недостатком, характерным для всех радиолокационных систем, использующих непрерывный излучаемый сигнал. Это снижение чувствительности приемников вследствие воздействия амплитудных (AM) шумов излучаемого сигнала, неизбежно попадающего в приемный тракт радиолокатора из-за неидеальной изоляции приемных каналов от проникновения шумов зондирующего сигнала. Этот эффект приводит к снижению потенциала и ограничению предельной дальности радара «ближней зоной». Он устраняется применением квазинепрерывного импульсного (КНИ) FMiCW излучаемого сигнала, формируемого импульсной модуляцией сигнала FMCW. Повышение потенциала этих радаров в «дальней зоне» достигается тем, что излучаемый сигнал модулируется импульсами, а прием слабых отраженных сигналов ведется во временном интервале между импульсами излучения, где шумы излучаемого сигнала отсутствуют. Пример - патент США WO 2008048318 A2, также являющийся аналогом настоящего изобретения. Преимущество этого и других подобных решений - возможность работы в «дальней зоне» - сопровождается неизбежным для импульсных систем недостатком - затруднением приема сигналов отражателей - в «ближней зоне». Настоящее изобретение решает задачу расширения интервала измеряемых дальностей гомодинного радара поочередным применением в едином устройстве режимов FMCW при работе в ближней и, соответственно, FMiCW в дальних зонах измеряемых дальностей. Ближайшим аналогом и прототипом настоящего изобретения является приемо-передающее устройство FMCW радиолокатора с корреляционной обработкой гомодинного сигнала (статья «Некоторые возможности корреляционной обработки сигнала гомодинного радиолокатора с непрерывным частотно-модулированным излучением», Известия ВУЗов. Радиофизика, том XLVIH, №10-11,2005, стр. 869-875, рис 2). Радар использует непрерывный модулированный по фазе излучаемый сигнал и содержит соединенные микроволновыми входами и выходами антенно-фидерное (АФУ) и приемо-передающее (ППУ) устройства. ППУ содержит соединенный с АФУ источник зондирующего модулированного процессором по фазе сигнала (далее генератор ФМ сигнала) и приемный канал, включающий смеситель, подключенный входами к генератору и выходу АФУ, а выходом через усилитель гомодинного сигнала (ГС) к процессору. Процессор управляет параметрами ППУ и вычисляет двумерные (дальность-скорость) матрицы коэффициентов (функций) корреляции выходного цифрового гомодинного сигнала приемо-передающего устройства и матриц базисных сигналов. По экстремальным значениям коэффициентов обнаруживает отражатели, а по номерам строк и столбцов матриц определяет их дальности и скорости. Поскольку число столбцов и строк матриц, а также размеры их элементов теоретически не ограничиваются, реальные предельные дальности и скорости обнаруживаемых отражателей определяются техническими параметрами системы, в первую очередь - параметрами приемо-передающего устройства.The level of technology. In recent decades, short-range radar systems (hereinafter referred to as radars) have been widely used both to monitor the situation on highways and in object security systems. Their main advantage is the ability to provide objective data on the coordinates and velocities of reflectors located in the field of view at any time of the day and in any weather conditions. Strict requirements for cost and weight and size characteristics have led to the widespread use of homodyne transceivers in these radars. The classic analogue of the invention is a homodyne-type continuous broadband radiation (FMCW) radar, when part of the emitted frequency-modulated (FM) probing signal (FS) is supplied as a heterodyne to the receiver mixer (see the Radar Handbook in 4 volumes, ed. Skolnik
Раскрытие сущности изобретения. Целью изобретения является создание приемопередающего устройства, являющегося составной частью гомодинного радиолокатора (гибрида FMCW и FMiCW радаров), способного обеспечить поочередное использование двух режимов зондирующего сигнала: непрерывного (для отражателей ближней зоны дальностей) и квазинепрерывного импульсного (для дальней зоны). В предлагаемом изобретении ставится задача устранения указанных выше недостатков прототипа дополнительным использованием режима импульсной модуляции излучаемого сигнала с приемом отраженного сигнала дальней зоны в интервалах времени между импульсами излучения. При этом повышением средней излучаемой мощности может быть повышен потенциал радара, а алгоритмы цифровой обработки принятого сигнала сохраняются, поскольку приемо-передающим устройством устраняется импульсная модуляция гомодинного сигнала на стадии его аналоговой обработки.Disclosure of the essence of the invention. The aim of the invention is to create a transceiver device, which is an integral part of a homodyne radar (a hybrid of FMCW and FMiCW radars), capable of providing alternate use of two probing signal modes: continuous (for reflectors of the near range zone) and quasi-continuous pulsed (for the far zone). In the proposed invention, the task is to eliminate the above disadvantages of the prototype by additional use of the mode of pulse modulation of the emitted signal with the reception of the reflected signal of the far zone in the time intervals between radiation pulses. At the same time, by increasing the average radiated power, the potential of the radar can be increased, and the algorithms for digital processing of the received signal are preserved, since the transceiver device eliminates the pulse modulation of the homodyne signal at the stage of its analog processing.
Поставленная задача решается совершенствованием приемо-передающего устройства гомодинного радиолокатора, содержащего передающий и приемные каналы, соединенные микроволновыми выходом и входами с антенно-фидерным устройством, а цифровыми входами и выходами с процессором радиолокатора. В подключенный к микроволновому выходу устройства передающий канал, содержащий источник - задающий генератор микроволнового зондирующего сигнала в виде последовательности модулированных по фазе фрагментов (далее генератор ФМ сигнала), процессор-контроллер, связанный с входом управления фазой генератора и с процессором радиолокатора, и делитель мощности, подключенный входом к выходу генератора, а одним из выходов - к микроволновому выходу устройства, включены, согласно изобретению, дополнительно импульсный модулятор и усилитель мощности, связанные цепями регулирования режима импульсной модуляции и уровня выходной мощности с процессором-контроллером. При этом в каждый приемный канал, связанный с одним из микроволновых входов устройства, содержащий последовательно включенные смеситель, соединенный входом с микроволновым входом устройства и соответствующим выходом делителя мощности, усилитель гомодинного сигнала и аналого-цифровой преобразователь, связанный с цифровым выходом устройства, дополнительно включен, согласно изобретению, между выходом смесителя и усилителем гомодинного сигнала гомодинный фильтр, подавляющий спектральные составляющие выходного сигнала смесителя, превышающие частоту среза фильтра, которая устанавливается меньшей частоты импульсной модуляции, но большей максимальной частоты гомодинного сигнала фрагмента, рассчитанной для отражателей с максимальными заданными значениями дальностей и радиальных скоростей. В результате радиолокатор совмещает возможность работы в режиме непрерывного (FMCW) излучаемого сигнала в «ближней» и импульсного (FMiCW) - в «дальней зоне» при сохранении формы выходного гомодинного сигнала и алгоритмов его цифровой обработки.The problem is solved by improving the transceiver of a homodyne radar containing transmitting and receiving channels connected by microwave output and inputs to the antenna-feeder device, and by digital inputs and outputs to the radar processor. In a transmission channel connected to the microwave output of the device, containing a source - a master generator of a microwave probing signal in the form of a sequence of phase-modulated fragments (hereinafter referred to as the PM signal generator), a processor-controller connected to the generator phase control input and to the radar processor, and a power divider, connected by the input to the output of the generator, and by one of the outputs to the microwave output of the device, according to the invention, an additional pulse modulator and a power amplifier are included, connected by control circuits for the pulse modulation mode and the output power level with the processor-controller. At the same time, in each receiving channel associated with one of the microwave inputs of the device, containing a mixer connected in series, connected by the input to the microwave input of the device and the corresponding output of the power divider, a homodyne signal amplifier and an analog-to-digital converter associated with the digital output of the device, is additionally included, according to the invention, between the mixer output and the homodyne signal amplifier there is a homodyne filter that suppresses the spectral components of the mixer output signal that exceed the filter cutoff frequency, which is set to a lower pulse modulation frequency, but greater than the maximum frequency of the fragment homodyne signal, calculated for reflectors with maximum specified ranges and radial speeds. As a result, the radar combines the ability to operate in the continuous (FMCW) mode of the emitted signal in the "near" and pulsed (FMiCW) - in the "far zone" while maintaining the shape of the output homodyne signal and its digital processing algorithms.
Далее основные признаки изобретения конкретизуются математическим анализом. Генератором ФМ сигнала, управляемым процессором-контроллером, формируется зондирующий сигнал (ЗС) в виде фрагмента или последовательности (пакета) N фрагментов с длительностями модулированных сигналом процессора-контроллера по фазе:Further, the main features of the invention are specified by mathematical analysis. The PM signal generator, controlled by the processor-controller, generates a probing signal (SS) in the form of a fragment or a sequence (package) of N fragments with durations modulated by the signal of the processor-controller in phase:
где - центральная частота зондирующего сигнала; - задаваемый процессором-контроллером закон изменения фазы (модуляции) n-го фрагмента. Длительности и законы модуляции фазы фрагментов в пакете могут отличаться. Функция изменения частоты зондирующего сигнала (частотная модуляция) n-го фрагмента есть производная а размах частоты фрагмента - есть разность максимальной и минимальной частот ЗС, определяющий разрешающую способность радара по дальности. Фрагмент (1) усиленный и (при включении импульсного режима) модулированный импульсами по закону (частота повторения импульсов - скважность произвольна), излучается передающей антенной (номер фрагмента я далее для простоты опускается):where - central frequency of the probing signal; - the law of phase change (modulation) of the n-th fragment, set by the processor-controller. Duration and phase modulation laws fragments in the package may vary. The function of changing the frequency of the probing signal (frequency modulation) of the n-th fragment is the derivative and the frequency range of the fragment - there is a difference between the maximum and minimum frequencies of the ES, which determines the range resolution of the radar. Fragment (1) amplified and (when the pulse mode is turned on) modulated by pulses according to the law (pulse repetition frequency - the duty cycle is arbitrary), is emitted by the transmitting antenna (the fragment number i is omitted below for simplicity):
Сигнал (1) через делитель мощности с ослаблением подается на гетеродинный вход микроволнового смесителяSignal (1) via attenuated power divider applied to the heterodyne input of the microwave mixer
Отраженный от множества отражателей и принятый сигнал фрагмента есть сумма задержанных на время колебаний, модулированных по фазе и амплитуде с центральными частотами, изменившимися на величину допплеровского сдвига Reflected from a plurality of reflectors and the received fragment signal is the sum of the time delays phase modulated oscillations and amplitude with center frequencies changed by the amount of Doppler shift
где - - ЭДС сигналов «на клеммах» приемной антенн; Lk - дальность k-го отражателя; - частота допплеровского сдвига принятого отраженного сигнала, - радиальная скорость k-го отражателя. Принятые сигналы (3) и выходной сигнал ответвителя (1а) поступают на аналоговый активный элемент микроволнового смесителя (например полупроводниковый диод) генерирующий сигнал описываемый произведением функций (1a) и (3). Отделив энергетические параметры определяемые известным из уровня техники основным уравнением дальности радиолокации, получим из (3) нормированную функцию (4) сигнала фрагмента:where - - EMF signals "at the terminals" of the receiving antennas; L k - range of the k-th reflector; is the frequency of the Doppler shift of the received reflected signal, - radial velocity of the k-th reflector. The received signals (3) and the output signal of the coupler (1a) are fed to an analog active element of the microwave mixer (for example, a semiconductor diode) generating a signal described by the product of functions (1a) and (3). Separating the energy parameters determined by the basic radar range equation known from the prior art, we obtain from (3) the normalized function (4) of the fragment signal:
которая есть пара слагаемых с суммой (5) и разностью (6) фаз сомножителей (4):which is a pair of terms with the sum (5) and the difference (6) of the phases of the factors (4):
где where
Задача классического варианта гетеродинного смесителя - генерация и выделение колебания с разностью входных фаз (6) и подавление составляющей (5) с суммарной частотой (фазой) входных сигналов. Эта функция реализуется различными методами: применением, например, фильтра нижних частот, конструктивно объединенного с смесителем. В итоге этих операций сигнал биений или разностный сигнал (6), сохраняет и фазовую, и импульсную модуляцию. Этот вариант используется, как правило, в аналогах предлагаемого решения. Недостаток - усложнение цифровой обработки сигнала (6). Настоящим изобретением предлагается вариант амплитудной демодуляции импульсного выходного сигнала (6) смесителя, для чего между выходом смесителя и входом усилителя включается дополнительно гомодинный фильтр (ГФ), подавляющий верхние, обусловленные импульсной модуляцией частотные составляющие сигнала (6). Для этого частота среза фильтра устанавливается существенно меньшей частоты повторения импульсов, но - для сохранения полезной информации - большей максимальной расчетной частоты гомодинного сигнала. При этом используется известный из уровня техники факт, что верхняя частота спектра сигнала (6) при гомодинном приеме возрастает с увеличением скорости и дальности отражателей и при заданной функции ФМ фрагмента легко рассчитывается. Согласно изобретению, импульсный сигнал (6) детектируется смесителем и гомодинным фильтром, а результат - нормированный, непрерывный, усиленный и ограниченный по частоте гомодинный сигнал n-ного фрагмента k-го отражателя, существующий в интервале времени принимает вид (индексы k и n здесь и далее также опускаются):The task of the classical version of the heterodyne mixer is the generation and selection of oscillations with the input phase difference (6) and the suppression of the component (5) with the total frequency (phase) of the input signals. This function is implemented in various ways: using, for example, a low-pass filter, structurally integrated with the mixer. As a result of these operations, the beat signal or difference signal (6) retains both phase and pulse modulation. This option is used, as a rule, in analogues of the proposed solution. The disadvantage is the complication of digital signal processing (6). The present invention proposes a variant of amplitude demodulation of the pulse output signal (6) of the mixer, for which an additional homodyne filter (HF) is included between the mixer output and the amplifier input, which suppresses the upper frequency components of the signal (6) due to pulse modulation. To do this, the filter cutoff frequency a significantly lower pulse repetition rate is set, but - to save useful information - a higher maximum calculated frequency of the homodyne signal. In this case, the fact known from the prior art is used that the upper frequency of the signal spectrum (6) with homodyne reception increases with increasing speed and range of the reflectors and is easily calculated for a given function of the FM fragment. According to the invention, the pulse signal (6) is detected by the mixer and the homodyne filter, and the result is a normalized, continuous, amplified and frequency-limited homodyne signal of the n-th fragment of the k-th reflector, existing in the time interval takes the form (indices k and n are also omitted here and below):
Здесь - время задержки сигнала при максимальной заданной дальности отражателя, а - длительность соответствующего фрагмента. Очевидно, что в идеале сигнал (7) не имеет импульсной модуляции, а переход приемо-передающего устройства радара от режима непрерывного зондирующего сигнала к квазинепрерывному (импульсному) осуществляется простым включением импульсного модулятора. Здесь не рассматриваются вопросы энергетики и другие особенности первичной обработки квазинепрерывных импульсных сигналов (в частности, защита входных цепей приемника), известные из уровня техники.Here - signal delay time at the maximum specified range of the reflector, and - duration of the corresponding fragment. It is obvious that, ideally, signal (7) does not have pulse modulation, and the transition of the radar transceiver from the mode of a continuous probing signal to a quasi-continuous (pulse) one is carried out by simply turning on the pulse modulator. It does not consider energy issues and other features of the primary processing of quasi-continuous pulse signals (in particular, the protection of the input circuits of the receiver), known from the prior art.
Гомодинный сигнал (7) фрагмента представляет собой сложную комбинацию двух некогерентных колебаний: гармонического с частотой допплеровского сдвига и широкополосного модуляционного (частота Δωm((t.τ))=Δϕm(t.τ)/dt). Его удобно представить как сумму двух ортогональных составляющих cos[ωDt-Δϕ0] и sin[ωDt-Δϕ0], модулированных по амплитуде (DSB), соответственно, ортогональными сигналами cos[Δϕm(t.τ)] и sin[Δϕm(t.τ)]:The homodyne signal (7) of a fragment is a complex combination of two incoherent oscillations: a harmonic one with a Doppler shift frequency and broadband modulation (frequency Δω m ((t.τ))=Δϕ m (t.τ)/dt). It is convenient to represent it as the sum of two orthogonal components cos[ω D t-Δϕ 0 ] and sin[ω D t-Δϕ 0 ], modulated in amplitude (DSB), respectively, by orthogonal signals cos[Δϕ m (t.τ)] and sin[Δϕ m (t.τ)]:
Спектр каждого слагаемого (7а) имеет подавленную несущую с частотой (для частного случая неподвижных отражателей ωD=0) и две боковые полосы, сдвинутые (относительно ωD) по частоте Верхняя частота полезной области гомодинного сигнала равна сумме максимальных частот: модуля частоты допплеровского сдвига и модуляционной составляющей гомодинного сигнала The spectrum of each term (7a) has a suppressed carrier with a frequency (for the particular case of fixed reflectors ω D =0) and two side bands shifted (relative to ω D ) in frequency Upper frequency of the useful region of the homodyne signal is equal to the sum of the maximum frequencies: Doppler shift frequency modulus and the modulation component of the homodyne signal
Эта величина, определяющая требования к частоте дискретизации АЦП, устанавливает в нашем случае соотношение между частотой среза гомодинного фильтра и допустимой частотой повторения импульсов зондирующего сигнала This value, which determines the requirements for the sampling frequency of the ADC, establishes in our case the ratio between the cutoff frequency of the homodyne filter and allowable pulse repetition rate of the probing signal
Выходной сигнал устройства есть последовательность фрагментов (7), полученных фильтрацией гомодинным фильтром и усилителем гомодинного сигнала, имеющими суммарную импульсную характеристику Функция (спектр) выходного сигнала ППУ может быть уточнена вычислением свертки функций и (7), или произведения спектра сигнала (7) на комплексный коэффициент передачи ГФ и УГЧ. Эта дополнительная операция, как и реализация разрешения отражателей по скорости, определяемая длительностью пакета фрагментов, решается в процессе цифровой обработки выходного сигнала ППУ процессором радиолокатора. Импульсная характеристика ГФ и УГЧ может использоваться для выполнения дополнительных операций аналоговой обработки гомодинного сигнала (например, его дифференцирования).The output signal of the device is a sequence of fragments (7) obtained by filtering with a homodyne filter and a homodyne signal amplifier having a total impulse response The function (spectrum) of the PPU output signal can be refined by calculating the convolution of the functions and (7), or the product of the signal spectrum (7) by the complex gain of the GF and UHF. This additional operation, as well as the implementation of the speed resolution of reflectors, determined by the duration of the packet of fragments, is solved in the process of digital processing of the PPU output signal by the radar processor. The impulse response of the GF and UHF can be used to perform additional operations of analog processing of a homodyne signal (for example, its differentiation).
Основной вариант функциональной (структурной) схемы приемо-передающего устройства показан на фигуре. Передающий канал устройства, содержит последовательно включенные генератор ФМ зондирующего сигнала 1, делитель мощности 2, импульсный модулятор 3, соединенный с одним из выходов делителя мощности и способный поддерживать режим непрерывного излучения, и усилитель мощности 4, соединенный с выходом ППУ и (через него) с соответствующим входом антенно-фидерного устройства радара. Каждый из приемных каналов устройства (а, b и т.д.) связан входом с соответствующим выходом антенно-фидерного устройства радара и содержит включенные последовательно, смесители 5 (5a, 5b), соединенные с соответствующими выходами делителя мощности 2, гомодинный фильтр 6 (6a, 6b), усилитель гомодинного сигнала (УГС) 7 (7a, 7b) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 (8a, 8b), связанный с процессором радиолокатора. Процессор-контроллер 9 соединен аналоговыми или цифровыми линиями связи и управления параметрами передающего канала с генератором ФМ сигнала 1, импульсным модулятором 3 и усилителем мощности 4, а входом управления режимами ППУ через цифровой вход-выход с процессором радиолокатора. Если функции процессора-контроллера 9 дополнены, например, управлением параметрами УГС 7 или гомодинного фильтра 6, его связывают с ними дополнительными цепями. Основной вариант структурной схемы обеспечивает работу ППУ в режиме непрерывного излучаемого сигнала и возможность увеличение потенциала радара в импульсном режиме, а также измерение угловой координаты отражателя по разности фаз сигналов в двух приемных каналах. Допустимо, в рамках изобретения и известных решений из уровня техники, объединение функций отдельных узлов устройства (например, усилителя мощности и импульсного модулятора, усилителя гомодинного сигнала и гомодинного фильтра). Целесообразно также включение в приемные каналы входных малошумящих усилителей (либо в виде отдельного узла, либо в составе АФУ или ППУ). При повышенных уровнях мощности излучаемого сигнала состав ППУ может быть дополнен известными из уровня техники средствами защиты приемных каналов (например, ограничители мощности или ключевые устройства). Генератор сигнала 1 может быть выполнен, например, и по простейшей схеме (генератор, управляемый напряжением АЦП процессора-контроллера), и путем прямого цифрового синтеза ФМ сигнала.The main version of the functional (structural) diagram of the transceiver is shown in the figure. The transmitting channel of the device contains a series-connected FM generator of the probing
Осуществление изобретения. Функционирование устройства реализуется следующим образом. Процессор-контроллер 9 по программе процессора радара или команде оператора, задает, исходя из заданных значений разрешающей способности по дальности и предельной дальности отражателей, длительность и функцию (1) модуляции фазы и (в импульсном режиме) форму импульсной модуляции каждого (n-го) фрагмента зондирующего сигнала. Закон изменения фазы может быть отрезком линейной, нелинейной (например, гармонической) или случайной функции. Он либо генерируется процессором радиолокатора, либо хранится в его базе данных. Выбор параметров КНИ режима (частота модуляции, форма импульса, скважность) в рамках указанного (9) ограничения определяется техническими требованиями к радиолокатору. При конструировании ППУ радиолокатора на основе выбора фрагмента вычисляют модуляционную составляющую фазы Δϕm(t.τmax)=ϕm(t)-ϕm(τ-τmax), а также частоту модуляционной составляющей ГС где и определяют ее максимум Сумма частот модуляционной и модуля допплеровской составляющих ГС определяет максимальную полезную область спектра ГС и, следовательно, минимальную частоту среза гомодинного фильтра Принципы способа корреляционной обработки гомодинного сигнала системы-прототипа позволяют регулировать в определенных пределах и каждого фрагмента путем выбора и изменения размеров элементов основной матрицы базисных сигналов (ΔL, ΔV), оставляя неизменными (подбором размеров матрицы) заданные значения предельных дальностей и радиальных скоростей отражателей.Implementation of the invention. The operation of the device is implemented as follows. The processor-
Зондирующий непрерывный микроволновый сигнал фрагмента (1), фаза которого модулирована по закону формируемый в передающем канале ППУ генератором 1, направляется на вход делителя мощности 2, который подает часть мощности ЗС на вход двухрежимного (импульсный или непрерывный выходной сигнал) модулятора 3. Сигналы управления режимом ППУ модулятор получает от процессора-контроллера ППУ 9, который изменяет соответственно режимы генератора ФМ 1, импульсного модулятора 3 и усилителя мощности 4. Импульсный (2) или непрерывный (1) сигнал с выхода модулятора 3 поступает на вход усилителя мощности 4. Выходной сигнал с выхода усилителя 4 ППУ, средняя мощность которого, управляемая процессором-контроллером, в импульсном режиме может быть больше, чем в непрерывном, подается на вход антенно-фидерного устройства (АФУ) и излучается в пространство. Принятые отраженные сигналы с выходов АФУ поступают на входы смесителей приемных каналов 5 ППУ. Поскольку число их, как правило больше единицы, они обозначены индексами (5а, 5b). Смесители получают на вторые входы непрерывный гетеродинный сигнал (1а) с соответствующих выходов делителя мощности 2 передающего канала. Из полученного в результате преобразования выходного колебания (6) смесителя 5 каждого канала гетеродинный фильтр 6, выделяет гомодинный сигнал (7, 7a). Частота среза гомодинного фильтра должна соответствовать условиям (9) и (8), что гарантирует подавление лишних, превышающих высокочастотных составляющих ГС. Он поступает далее на вход усилителя ГС 7, а с его выхода - на аналого-цифровой преобразователь 8. Процессор-контроллер 9 получает сигналы процессора радара и передает генератору ФМ, импульсному генератору, усилителю мощности команды на выбор режимов. АЦП 8 доставляют процессору радара выходные фрагменты ГС каналов в цифровом формате. Для реализации требуемых значений разрешения отражателей по скорости длительность одного фрагмента, как правило, недостаточна, процессор радара использует последовательность фрагментов.Probing continuous microwave signal of fragment (1), the phase of which is modulated according to the law generated in the transmitting channel by the PPU by the
Технические решения, предлагаемые настоящим изобретением, реализуют в ППУ с непрерывным и импульсным (КНИ) излучаемым сигналом первый этап согласованной фильтрации (оптимальной обработки) отраженного принятого сигнала в любом диапазоне радиочастот, в том числе субмиллиметровом. Набор функциональных узлов ППУ, представленного на фигуре, есть актуальный вариант устройства, который в радарах различного назначения обеспечивает измерение дальности, скорости и одной угловой координаты отражателя. Расширение задач радара может потребовать увеличения числа узлов ППУ при сохранении структурных решений. Естественно, что предложенная структура и алгоритмы ППУ могут быть применены и в чисто импульсных радарах, если работа в «ближней зоне» не предусматривается.The technical solutions proposed by the present invention implement the first stage of matched filtering (optimal processing) of the reflected received signal in any radio frequency range, including submillimeter, in a PPU with a continuous and pulsed (SOI) emitted signal. The set of functional units of the PPU, shown in the figure, is the current version of the device, which in radars for various purposes provides measurement of range, speed and one angular coordinate of the reflector. The expansion of radar tasks may require an increase in the number of PPU nodes while maintaining structural solutions. Naturally, the proposed structure and algorithms of the PPU can also be applied in purely pulsed radars, if operation in the "near zone" is not provided.
Группы приемо-передающих устройств могут входить в состав сложных радиолокационных комплексов. Это, например, моноимпульсные радары, радары MIMO и т.д. При этом функции некоторых узлов ППУ, например, процессора-контроллера, могут передаваться узлам радара. Функция выходных сигналов гомодинных фильтров, и, следовательно, выходных сигналов ППУ существенно не изменяется при переходе от непрерывного режима излучения к импульсному, что и является задачей изобретения.Groups of transceivers can be part of complex radar systems. These are, for example, monopulse radars, MIMO radars, etc. At the same time, the functions of some PPU nodes, for example, the processor-controller, can be transferred to the radar nodes. The function of the output signals of the homodyne filters, and, consequently, the output signals of the PPA does not change significantly when switching from continuous to pulsed radiation, which is the object of the invention.
Claims (1)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP22884153.2A EP4421525A1 (en) | 2021-10-19 | 2022-10-17 | Transceiving device for a homodyne radar |
US18/703,270 US20240410976A1 (en) | 2021-10-19 | 2022-10-17 | Transceiver device for a homodyne radar |
PCT/RU2022/050330 WO2023068970A1 (en) | 2021-10-19 | 2022-10-17 | Transceiving device for a homodyne radar |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2787976C1 true RU2787976C1 (en) | 2023-01-13 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4360810A (en) * | 1981-01-19 | 1982-11-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Multichannel homodyne receiver |
US5872537A (en) * | 1996-03-19 | 1999-02-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Monostatic homodyne radar system |
RU2239845C2 (en) * | 2002-07-22 | 2004-11-10 | Кошуринов Евгений Иванович | Method and system for radar measurement of speeds and co-ordinates of objects (modifications) |
RU2255352C2 (en) * | 2003-07-07 | 2005-06-27 | Кошуринов Евгений Иванович | Method and system for radar measurement of object speeds and coordinates (modifications) |
WO2008048318A2 (en) * | 2006-01-05 | 2008-04-24 | M/A-Com, Inc. | Time duplex apparatus and method for radar sensor front-ends |
RU186880U1 (en) * | 2018-02-20 | 2019-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Микрорадар" (ООО "Микрорадар") | RADAR |
RU2689397C1 (en) * | 2018-08-03 | 2019-05-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Interferometric homodyne radar |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4360810A (en) * | 1981-01-19 | 1982-11-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Multichannel homodyne receiver |
US5872537A (en) * | 1996-03-19 | 1999-02-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Monostatic homodyne radar system |
RU2239845C2 (en) * | 2002-07-22 | 2004-11-10 | Кошуринов Евгений Иванович | Method and system for radar measurement of speeds and co-ordinates of objects (modifications) |
RU2255352C2 (en) * | 2003-07-07 | 2005-06-27 | Кошуринов Евгений Иванович | Method and system for radar measurement of object speeds and coordinates (modifications) |
WO2008048318A2 (en) * | 2006-01-05 | 2008-04-24 | M/A-Com, Inc. | Time duplex apparatus and method for radar sensor front-ends |
RU186880U1 (en) * | 2018-02-20 | 2019-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Микрорадар" (ООО "Микрорадар") | RADAR |
RU2689397C1 (en) * | 2018-08-03 | 2019-05-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Interferometric homodyne radar |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10613195B2 (en) | Radar apparatus and radar method | |
JP4724694B2 (en) | Radio radar equipment | |
KR100722750B1 (en) | Radar apparatus, radar apparatus controlling method | |
WO2018198453A1 (en) | Radar circuit, radar system, and radar program | |
US8031106B2 (en) | Object ranging | |
US20080088499A1 (en) | Methods and apparatus for hyperview automotive radar | |
JP2001509896A (en) | Multiple access dual signal Doppler radar. | |
US20100097263A1 (en) | Microwave and millimeterwave radar sensors | |
US20130106646A1 (en) | Radar apparatus with different operation modes | |
JPH04259874A (en) | Fm radar | |
JP2002372580A (en) | Fm-cw radar device | |
US10763783B2 (en) | Bandwidth adjustment in a phase-locked loop of a local oscillator | |
WO2018029954A1 (en) | Radar transceiver | |
JP2004069693A (en) | Radio radar device and inter-vehicle distance control device | |
Serafino et al. | Photonic approach for on‐board and ground radars in automotive applications | |
CN112505672A (en) | Detection of interference-related interference in FMCW radar systems | |
RU2496120C2 (en) | Multifunctional multirange scalable radar system for aircraft | |
EP1462818A1 (en) | Gain control for single antenna FM-CW radar | |
Welp et al. | K-band MIMO FMCW radar using CDMA for TX-separation based on an ultra-wideband SiGe BiCMOS radar chipset | |
JP2008286696A (en) | Radar device | |
RU2787976C1 (en) | Transceiver apparatus of a homodyne radar | |
EP1460452A1 (en) | FM-CW radar | |
US11808894B2 (en) | LiDAR device using time delayed local oscillator light and operating method thereof | |
RU2083998C1 (en) | Doppler sensor of components of velocity vector, altitude and local vertical for helicopters and vertical landing space vehicles | |
WO2023068970A1 (en) | Transceiving device for a homodyne radar |