RU2010260C1

RU2010260C1 - Phase method of distance measurement

Info

Publication number: RU2010260C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Дикарев; Валентин Васильевич Федоров; Иван Тимофеевич Шилим
Original assignee: Виктор Иванович Дикарев; Валентин Васильевич Федоров; Иван Тимофеевич Шилим
Priority date: 1992-02-11
Filing date: 1992-02-11
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: distance measurement. SUBSTANCE: for distance measurement by phase method harmonic oscillation is generated, it is phase-keyed by 180 deg forming phase-keyed signal. Probing phase-keyed signal is radiated, reflected phase-keyed signal is received and converted by frequency. Intermediate frequency voltage is extracted, multiplied with probing phase-keyed signal. From obtained oscillation harmonic voltage is isolated and shift between harmonic voltage and voltage of local oscillator is measured. Simultaneously correlation processing of probing and reflected phased-keyed signal is conducted. By maximum value of correlation function time of delay between reflected and probing signals is found. EFFECT: enhanced accuracy of measurement, prevention of ambiguity of distance measurement is achieved. 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для измерения дальности фазовым методом. The invention relates to radar and can be used to measure range by the phase method.

Известны способы измерения дальности (авт. св. N 792183, 885946, 1108375. Основы радионавигационных измерений, МО СССР, 1987, с. 225 и др. ). Known methods of measuring range (ed. St. N 792183, 885946, 1108375. Fundamentals of radio navigation measurements, Ministry of Defense of the USSR, 1987, S. 225 and others).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является фазовый способ измерения дальности (Основы радионавигационных измерений, МО СССР, 1987, с. 225), который заключается в генерировании гармонического колебания, излучении зондирующего сигнала, приеме отраженного сигнала и измерении фазового сдвига между зондирующим и отраженным сигналами. Однако для указанного способа характерны такие недостатки, как низкая точность и неоднозначность измерения дальности. Of the known methods, the closest to the proposed one is the phase range measurement method (Fundamentals of Radio Navigation Measurements, USSR Ministry of Defense, 1987, p. 225), which consists in generating harmonic oscillations, probing signal radiation, receiving a reflected signal and measuring the phase shift between the probing and reflected signals . However, this method is characterized by disadvantages such as low accuracy and ambiguity of range measurement.

Целью изобретения является повышение точности и устранение неоднозначности измерения дальности. The aim of the invention is to improve the accuracy and eliminate the ambiguity of range measurement.

Поставленная цель достигается тем, что гармоническое колебание перед излучением манипулируют по фазе на 180^о в соответствии с модулирующим кодом, формируя тем самым фазоманипулированный сигнал, отраженный фазоманипулированный сигнал преобразуют по частоте, выделяют напряжение промежуточной частоты, перемножают его с зондирующим фазоманипулированным сигналом, из полученного колебания выделяют гармоническое напряжение и измеряют фазовый сдвиг между гармоническим напряжением и напряжением гетеродина, одновременно производят корреляционную обработку зондирующего и отраженного фазоманипулированных сигналов и по максимальному значению корреляционной функции определяют время задержки между отраженным и зондирующим сигналами.This goal is achieved in that the harmonic oscillation before the radiation is manipulated by a phase of 180 ^° in accordance with the modulating code, thereby forming a phase-shifted signal, the reflected phase-shifted signal is converted in frequency, the intermediate frequency voltage is extracted, it is multiplied with a sounding phase-shifted signal from the received oscillation emit harmonic voltage and measure the phase shift between harmonic voltage and the voltage of the local oscillator, at the same time produce correl translational processing, and the reflected probe signal PSK and the maximum value of the correlation function determined time delay between the reflected and probing signals.

На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа. The drawing shows a structural diagram of a device for implementing the proposed method.

Устройство содержит высокочастотный генератор 1, генератор 2 модулирующего кода, фазовый манипулятор 3, передатчик 4 с антенной, приемник 5 с антенной, гетеродин 6, смеситель 7, усилитель 8 промежуточной частоты, перемножитель 9, узкополосный фильтр 10, фазометр 11, многоканальный коррелятор 12, многоотводную линию задержки 13 i, многоканальный перемножитель 14 i, фильтр 15 i нижних частот и компаратор 16 i (i = 1, 2, . . . , n). The device comprises a high-frequency generator 1, a modulating code generator 2, a phase manipulator 3, a transmitter 4 with an antenna, a receiver 5 with an antenna, a local oscillator 6, a mixer 7, an intermediate frequency amplifier 8, a multiplier 9, a narrow-band filter 10, a phase meter 11, a multi-channel correlator 12, a multi-tap delay line 13 i, a multi-channel multiplier 14 i, a low-pass filter 15 i and a comparator 16 i (i = 1, 2,..., n).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Высокочастотный генератор 1 формирует гармоническое колебание U_c(t), которое поступает на первый вход фазового манипулятора 3, на второй вход которого с выхода генератора 2 подается модулирующий код М(t). На выходе фазового манипулятора 3 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал U₁(t), который излучается передатчиком 4. Отраженный ФМн сигнал U₂(t) с выхода приемника 5 поступает на первый вход смесителя 7, на второй вход которого подается напряжение U_г(t) с выхода гетеродина 6. На выходе смесителя 7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 8 выделяется только напряжение промежуточной (разностной) частоты U_пр(t), которое поступает на первый вход перемножителя 9, на второй вход которого подается ФМн сигнал U₁(t) с выхода фазового манипулятора 3. На выходе перемножителя 9 образуется результирующее колебание U_Σ (t), из которого узкополосным фильтром 10 выделяется гармоническое напряжение U₃(t). Это напряжение поступает на первый вход фазометра 11, на второй вход которого подается напряжение U_г(t) гетеродина 6. Фазометр 11 измеряет фазовый сдвиг Δ φ, по которому определяется дальность до объекта облучения. Так формируется фазовая шкала измерений, которая является точной, но неоднозначной.The high-frequency generator 1 generates a harmonic oscillation U _c (t), which is fed to the first input of the phase manipulator 3, the second input of which is supplied from the output of the generator 2 by a modulating code M (t). At the output of the phase manipulator 3, a phase-shifted (PSK) signal U ₁ (t) is generated, which is emitted by the transmitter 4. The reflected PSK signal U ₂ (t) from the output of the receiver 5 is fed to the first input of the mixer 7, the voltage U _g ( t) from the output of the local oscillator 6. At the output of the mixer 7, voltages of combination frequencies are generated. Amplifier 8 selects only the voltage of the intermediate (differential) frequency U _pr (t), which is fed to the first input of the multiplier 9, to the second input of which the PSK signal U ₁ (t) is supplied from the output of the phase manipulator 3. At the output of the multiplier 9, the resulting oscillation U _Σ (t), from which the harmonic voltage U ₃ (t) is allocated by the narrow-band filter 10. This voltage is supplied to the first input of the phasemeter 11, the second input of which is supplied with the voltage U _g (t) of the local oscillator 6. The phase meter 11 measures the phase shift Δφ, which determines the distance to the irradiated object. This forms the phase scale of measurements, which is accurate, but ambiguous.

Одновременно напряжения U₁(t) и U₂(t) с выходов фазового манипулятора 3 и приемника 5 поступают на два входа многоканального коррелятора 12, состоящего из многоотводной линии задержки 13 i, многоканального перемножителя 14 i и фильтра 15 i нижних частот. (i = 1, 2, . . . , n). На выходах многоканального перемножителя образуются напряжения суммарной и разностной частот. На выходе i-го элемента перемножителя 14 i образуется напряжение, которое будет иметь максимальное значение при условии τ_i = τ_o, где τ_i - время задержки i-го элемента многоотводной линии задержки 13 i. Фильтром 15 i нижних частот выделяются напряжения разностной частоты, пропорциональные корреляционной функции R (τ). Причем напряжения будут максимальными только при τ_i = τ_o [R (τ_o)] , где τ_о - задержка, пропорциональная истинной дальности R_o.At the same time, the voltages U ₁ (t) and U ₂ (t) from the outputs of the phase manipulator 3 and receiver 5 are supplied to the two inputs of the multi-channel correlator 12, which consists of a multi-tap delay line 13 i, a multi-channel multiplier 14 i and a low-pass filter 15 i. (i = 1, 2,..., n). At the outputs of the multi-channel multiplier, voltages of the total and difference frequencies are formed. At the output of the ith element of the multiplier 14 i, a voltage is generated that will have a maximum value under the condition τ _i = τ _o , where τ _i is the delay time of the i-th element of the multi-tap delay line 13 i. The low-pass filter 15 i extracts the differential frequency voltages proportional to the correlation function R (τ). Moreover, the voltage will be maximum only when τ _i = τ _o [R (τ _o )], where τ _o is the delay proportional to the true range R _o .

С выхода коррелятора 12 напряжения с выходов соответствующих каналов поступают одновременно на входы элементов аналогового компаратора 16 i. Каждый элемент этого компаратора представляет собой аналоговый элемент сравнения, в котором сравниваются два напряжения - входное U_вх и опорное U_оп. В случае превышения входного напряжения над опорным (U_вх > >U_оп) на выходе i-го элемента компаратора 16 i фоpмируется напряжение, соответствующее логической "1".From the output of the correlator 12, the voltages from the outputs of the corresponding channels simultaneously arrive at the inputs of the elements of the analog comparator 16 i. Each element of this comparator is an analog comparison element, which compares two voltages - U input _Rin and the reference U _op. If the input voltage exceeds the reference voltage (U _in >> U _op ), the voltage corresponding to the logical "1" is formed at the output of the ith element of the comparator 16 i.

Следует отметить, что напряжения с выходов коррелятора 12 подаются на компаратор 16 i так, что на два соседних элемента компаратора подается одно и то же напряжение. Причем на один из элементов компаратора в качестве входного напряжения U_вх, а на другой - опорного U_оп. Таким образом, на выходах элементов этого компаратора образуется параллельный двоичный код, в котором "1" соответствует превышению напряжения в (i+1)-ом канале коррелятора 12 над напряжением в i-ом канале. Последовательность единиц двоичного кода соответствует возрастанию корреляционной функции R(τ), а последовательность нулей соответствует спаду корреляционной функции R(τ). Следовательно, последняя единица в двоичном коде будет соответствовать пику корреляционной функции R(τ_o). Подсчитав количество двоичного кода, можно определить номер канала, в котором τ_i= τ_o, а следовательно, и значение τ_о. Так формируется временная шкала измерений, которая является грубой, но однозначной.It should be noted that the voltages from the outputs of the correlator 12 are supplied to the comparator 16 i so that the same voltage is applied to two adjacent elements of the comparator. And on one of the comparator elements as the input voltage U _I , and on the other - the reference U _op . Thus, a parallel binary code is generated at the outputs of the elements of this comparator, in which "1" corresponds to the excess voltage in the (i + 1) -th channel of the correlator 12 over the voltage in the i-th channel. The sequence of units of the binary code corresponds to an increase in the correlation function R (τ), and the sequence of zeros corresponds to the decline of the correlation function R (τ). Therefore, the last unit in the binary code will correspond to the peak of the correlation function R (τ _o ). By counting the amount of binary code, you can determine the channel number in which τ _i = τ _o , and therefore the value of τ _about . This forms the timeline of measurements, which is rough, but unambiguous.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с базовым объектом обеспечивает повышение точности и устранение неоднозначности измерения дальности. Это достигается использованием двух шкал: фазовой шкалы измерений, которая является точной, но неоднозначной, и временной шкалы измерений, которая является грубой, но однозначной, а также корреляционной обработкой зондирующего и отраженного ФМн сигналов. Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить чувствительность измерения дальности при низком отношении сигнал/шум. Это достигается сверткой спектра широкополосного ФМн сигнала, который преобразуется в узкополосное гармоническое напряжение, что позволяет выделить его с помощью узкополосного фильтра, отфильтровав при этом значительную часть шума и помех, т. е. повысить реальную чувствительность измерителя при низком отношении сигнал/шум. Thus, the proposed method in comparison with the base object provides improved accuracy and the elimination of the ambiguity of range measurement. This is achieved by using two scales: a phase measurement scale, which is accurate but ambiguous, and a time scale, which is crude but unambiguous, as well as correlation processing of the probing and reflected PSK signals. In addition, the proposed method allows to increase the sensitivity of the range measurement with a low signal to noise ratio. This is achieved by convolution of the spectrum of the broadband PSK signal, which is converted into a narrow-band harmonic voltage, which allows you to select it with a narrow-band filter, filtering out a significant part of the noise and interference, i.e., increase the real sensitivity of the meter with a low signal to noise ratio.

Представление результатов измерения в цифровом коде обеспечивает возможность их длительного хранения, передачи на большие расстояния по каналам связи и сопряжение измерителя с вычислительной техникой. (56) Основы радионавигационных измерений, МО СССР, 1987, с. 225. Presentation of the measurement results in digital code provides the possibility of their long-term storage, transmission over long distances through communication channels and pairing the meter with computer technology. (56) Fundamentals of radio navigation measurements, Ministry of Defense of the USSR, 1987, p. 225.

Claims

THE PHASE METHOD OF RANGE MEASUREMENT, which consists in generating a harmonic signal, emitting it, taking the reflected signal, measuring the phase shift Δφ ₁ between the radiated probe signal and the reflected signal, characterized in that the phase shift signal ₁ is formed before the radiation (U) in phase by 180 ^{o of the} harmonic signal in accordance with the modulating code, the reflected signal U ₂ (t) is converted in frequency, an intermediate frequency signal U _ap (t) is extracted, it is multiplied with a sounding phase-manipulated signal U ₁ (t ), the harmonic signal U ₃ (t) is extracted from the received signal U _Σ (t) and the phase shift Δφ _{2 is} measured between the harmonic signal U ₃ (t) and the heterogeneous U _g (t), the phase-sensed signal U ₁ (t) simultaneously sensed is delayed in time, delayed signals U ₁ (i) (t), where i = 1, 2,. . . n, multiplied with the reflected phase-manipulated signal U ₂ (t), the difference-frequency signal U _p (t) is allocated, proportional to the correlation function R (τ), where τ is the delay time between the probe U ₁ (t) and the reflected U ₂ (t) signals, according to the results of measurements, form the phase and time scales of range measurement, coordinate them so that the doubled maximum error of range measurement on a long time scale is less than the interval of unambiguous range measurement on an exact phase scale, determine the integer number of phase spans N over the full phase second scale spavnivayut izmepeniya phase and vpemennoy scales and unequivocally which is determined from the range.