IT9047710A1 - Sistemi di determinazione di portata - Google Patents
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Description
"Sistemi di determinazione di portata"
RIASSUNTO
Un sistema di determinazione di portata ad onda continua comprende un modulatore per modulare un segnale portante a radiofrequenza secondo un codice pseudocasuale,un' antennatrasmittente per irradiare il segnale verso un bersaglio,un antenna ricevente ed un ricevitore per rivelare il segnale riflesso dal bersaglio, un correlatore per correlare il segnale rivelato con il codice trasmesso con uno spostamento di fase dato e corrispondente alla porta in distanza corrente da provare,per cui la distanza del bersaglio dal sistema può essale determinata e meezi di filtraggio per filtra re dall'uscita del correlatore quelle ampiezze di porta in distanza che variano con una frequenza inferiore rispetto ad un valore predeterminato.
TESTO DELLA DEDIZIONE
La presente intenzione si riferisce ad un sistema di determinazione distanza ad onda continua e,in un suo aspetto^ ad un sistema altimetrico per aeromobili.
Tali sistemi comprendono di solito mezzi di trasmis-
sione a microonde su cui è stata imjosta una qualche forcina di codifica,. .un'antenna per dirigere l'energia ver* so il bersaglio,un'antenna per ricevere l'energia di ritorno e,dopo l'amplificazione,mezzi per determinare il ritardo occorso nel segnale.dunque la distanza del bersa glio.La codifica in trasmissione è stata in passato modu lazione degli impulsi o della frequenza,ma più recentemente è stata utilizzata la modulazione di fase a partire da una sorgente pseudocasuale.Questa forma di modulazione ha la proprietà di produrre uno spettro trasmesso simile a rumore,che è difficile da rilevare e trova quia di applicazione laddove la discrezione è importarite.La discrezione può essere aumentata riducendo la potenza trasmessa in modo che il segnale di ritorno sìa appena sufficiente per le misure di distanza.
In tali sitemi a modulazione di fase,il segnale rice* vuto viene correlato con una versione ritardata del cod_i ce trasmesso ,il ritardo essendo gradualmente aumentato per passi ed i campioni dell'uscita rivelati ed immagazzieati in una schiera.A partire da tali dati immagazzi^ nati ,si può risalire al ritardo e quindi alla distanza rispetto a dove si ha il ritorno di segnale.
Un problema comune in tali distemi di rilevazione di distanza è che c'è spesso un livello relativamente elevato di segnale indesiderato accoppiato in modo incrocia*, to direttamente dall'antenna del trasmettitore a quella del ricevitore o che viene riflessa da strutture attorno all 'antenna.Tipicamente questo segnale indesiderato è 60 dB al disotto della potenza trasmessa in uscita,mentre il segnale utilfc da un oggetto remoto,o dal suolo tin un'applicazione altimetrica, è 120 dB al disotto..
il segnale utile da un oggetto remoto,o dal suolo in un'applicazione altimetrica,è 120 dB al disotto. I sistemi a modulazione di impulso possono superare questo inconveniente in una certamisura accecando il ricevitore per il periodo in cui il trasmettitore è attivato, ma questo comporta una degradazione nelle prestazioni su corta distaaza.il sistema secondo un aspetto della presente invenzione riduce sostanzialmente questo prò blema.
Secondo l'invenzione,un sistema di determianzione di distanza ad onda continua comprende un modulatore per modulare un segnale di portante a radiofrequenza se condo un codice pseudocasuale.un'antenna trasmittente · per irradiare il segnale verso un bersaglio,un'antenna ricevente per rivelare il segnale riflesso dal bersaglio^ un correlatore per correlare il segnale rivelato con il codice trasmesso con uno sfasamento o ritardo preselezic) nato corrispondente alla porta' distanza corrente da provare ,per cui si può determinare la distanza del bersaglio dal sistema,e mezzi di filtraggio per.filtrare dall'uscita del correlatore quelle ammpiezze di porta di distanza che variano con la frequenza meno di un valore predeterminato .
L'invenzione è basata sul riconoscimento del fatto che un segnale proveniente direttamente dal trasmettitore sarà sostfìazialmejate costante in fase ed ampiezza,men tre uno proveniente da un oggetto che si muove in distati za,o dal terrreno nel caso di un'applicazione altimetrica, varierà a causa del movimento relativo,il che nel ca¬
so di una trasmissione a microonde può essere dell'cr dine di alcuni millimetri soltanto.
Di preferenza il sistema secondo l'invenzione distingue fra ritorni fissi e mobili utilizzando cannii gè melli (in fase e quadratura) all'uscita del correlato re.Ciascun canale ha un'uscita per ciascuno dei passi di ritardo del correlatore.Per un data porta distanza,e corrispondente ritardo,le uscite I e Q vengon confrontate con risultati ottenuti dalla media corrente di diverse precedenti letture della particolaitporta in distanza.L 'ultimo campione viene sottratto dalle medie I e Q.Per un segnale continuo,il risultaio è zero e coni viene ottenuto il filtraggio dei segnali continui i'ispe_t all'accoppiamento incrociato,ad esempio.
In un sistema di determiagzione di distanza del tipo spread-spectrum con seqjeiza diretta,lobi laterali possocomparire ad ogni porta in dEstanza come correlazione a causa della diafonia fra trasmettitore e ricevitore o di segnali utili.L'ampiezza dei lobi laterali è una funzio ne,fra l'altro,dell'intensità della diafonia o del se gnale utile.Con la diafonia7che può essere anche 60dB maggiore del segnale utili ,i lobi laterali dovuti alla diafonia possono superare ampiamente il segnale desidera to.Tutàvia i lobi laterali della diafonia saranno anche sostanzialmente costanti in fase ed ampiezza e così ili sistema secondo l'invenzione è in grado di distinguere n nei loro confronti così come nei confronti dei ritorni fissi principali.
Per essere efficace,la diafonia dev'essere costante
per ciascuna portai in distanza e non dev'essere fatta variare tramite il controllo di potenza del trasmettitore. Poiché ciascuna portain distanza viene trattata indipendentemente ,questo può essere ottenuto variando la potenza in funzione della porta in distanza soltanto.Un tale controllo in potenza supera i problemi di tempo di ritorno inerenti nel caso in cui ci si basi sul rilevare i livelli dei segnali di ritorno ed è meno complici?Lo dell'impiego di amplificatori logaritmici.
Con il procedimento attuato per via digitale,1? possibile includere mezzi tali per cui non solo possono es sere selezionati segnali in movimento,ma anche rivelati segnali fissi se essi superano un certo livello.Al!!o sco po di ottenere ciò,un ulteriore insieme di elaborazione verrebbe attuato sui segnali ricevuti dopo una conversio ne in formato digitale.Questi segnali verrebbero passati direttamente ad una schiera secondaria senza sottrazione della media corrente.La schiera secondaria conterrebbe allora i livelli dei segnali di ritorno per ciasc..mo dei ritadi di codice,indipendentemente dal fatto che essi si muova no o no.Il livello di ritorno per la diafonia per ciascun ritorno verrebbe misurato in assenza di segnale vero e questo formerebbe una soglia.I segnali genuini da bersagli fissi potrebbaoessere rivelati qualora superas sero tale soglia.Una tale disposizione permetterebbe,ad esempio, di rivelare ampi segnali dal suolo nel caso di . un altimetre mentre un velivolo è stazionario sul torre→ no.L'abilità di rivelare e misurare la distanza di segna li ampi complementa l'abilità di misurare bersagli in mo
vimento in presenza di diafonia.
Il codice pseudocasuale utilizzato nell'invenzione è di preferenza un codice a pessima lunghezza,una so, quenza di numeri generata da un registro a scorrimento con talune retroazione al suo interno.Per il sistemo facondo l'invenzione viene preferito un codice della '.lunghezza di 2047 cifre.
Viene fatto riferimento ai disegni,in cui:
-la figura 1 è un diagramma semplificato di un sistema di determinazione di distanza ad onda contigua del ti po generale al quale si riferiscono gli aspetti della pr presente invenzione;
-la figura 2 illustra i dati immagazzinati nella schiera dell'apparecchiatura illustrata in figura 1;
-la figura 3 è un'illustrazione diagrammatica della porzione di ricezione ed elaborazione di un sistema socon do un aspetto dell'invenzione;
-la figura 4 è un diagramma che illustra la risposta ottenuta nel sistema illustrato in figura 3;e
-la figura 5 illustra una modifica opzionale del sistema illustrato in figura 3.
Un sistema di determinazione di distanza ad onda con tinua con l'impiego di modulazione di fase a codice pseudo-casuale (pn) è illustrato in figura £.11 lato tra smissione ha un generatore di onda portante 1 che ali menta un modulatore di fase 2 controllato in accordo ad un codice pn a partire da una memoria di codice3.Tl segna le modulato viene applificato da un amplificatore 4 e passato ad un'antenna .trasmitteste 5.La sezione ricevente comprende un'antenna ricevente 6,un amplificatole di ricezione 7 éd un correlatore 8 alimentato con lo stesso codice pn attraverso un ritardo variabile 9 che permette di sfasare il codice in sequenza il codice di un bit.corrispondente ad una specifica distanza. Un codice può così essere considerato come suddiviso in una seriè di "porte in distanza" corrispondenti alle cifre distinte del codice e che rap* presentano un passo in distanza pari alla massima dietan stanza suddivisa per il numero di cifre nel codice, ad esempio 2047.In generale il codice può essere sfalsato o ritardato in modo significativo per passi di una cifra del codice o di frazioni di una cifra. Ciascun valore di ritardo attraverso il quale si pasca rappresenta un codice di distanza dato e l'uscita dal correlatore ad ogni passo è funzione del segnale di ' ritorno a partire da detta gamma di distanze data o porta in distanza.La distanza massima dipende,fra l'altro, dalla lunghezza del codice in sequenza.I rd< sultati della correlazione vengono passati ad un rivelatore d'ampiezza 10 ed immagazzinati in una schiera 111.1 dati immagazzinati sono come illustrati in figura 2,che fa vedere il ritardo con cui si ha il segnale di ritrono (+).
Facendo ora riferimento alla figura 3,11 ritordo
del codice pn viene fatto passare ciclicamente su tilt4
te le porte in distanza da esaminare.Per ciascun ritardo l'uscita dal correlatore è suddivisa su due canali e vij? -ne miscelata in 30a e 30b,rispettivamente con una forma dondà
sinusoidale ed una forma d’onda in coseno per ottenere le componenti in fase (i) e quadratura (Q) dell’energia ricevuta dai persagli alla distanza
presa in esame.Convertitori analogico-digitali
31a e 31b,rispettivamente.convertono i segnali
I e Q dal livello analogico a quello digitale.,e da
questo punto in poi tutta l’elaborazione è in forma digitale.
Il livello della corrente del segnale ricovuto campionato di un ritardo particolare viene di
viso in 32 a e 32b rispettivamente per n ed addizionato ad una media corrente di precedenti campioni dello stess stesso ritardo fattorizzato per n/(n+1).lasomma
viene realizzata da sommatori 33a e 33b,rispettivomenteJla fattorizzazione è attuata in stadi 3Z> (a o b, rispettivamente) .
La media corrente rappresenta le componenti
continue di un segnale di ritorno da una distanza doto.
II campione più recente del segnale di ritorno viano sottratto in 36a e 36b rispettivamente dalle medio
(I e Q).Per un segnale continuo di accoppiameliLo incrociato o ritorni da una struttura vicina,la cancri lazione in 36a e 36b sarebbe completa e non verrebbe passata alcuna uscita verso la schiera.Tuttavia, se il segnale ricevuto varia da campione a campionef
come nel caso di segnali a partire da un bersaglio mobile, la cancellazione nonviene ottenuta e Le usci te passano alle schiere 11a e 11b,rispettivamente.In questo modo,1'elaborazione agisce come un filtro passa-alto con una risposta fissata dal valore di n. L'effetto del campionamento è quello di posizione delle selle (notches) alla frequenza di campionamen to ed alle sue armoniche.La risposta complessiva di una tale di*ipozione e quella illustrata in figura Λ, per cui/^uesto esempio n è 7 e la frequenza di erompionamento 20Hz.
Si può vedere che un'attenuazione rilevante viene applicata a segnali "DC" continui e fino a 0,1 Hz.Orche/
pofun completo ciclo di campioni è stato preso,la schiera contiene informazioni sui livelli dei seguali in movimento per ciascuna delle distanze che vengono canjionate,mentre si ha una reiezione dei segnali continui di diafonia.
Un modifica del sistema della figura 3 è illusi-rata nella figura 5.Un ulteriore insieme di elaborazione viene attuato sui segnali ricevuti dopo la conversione in formato digitale.I segnali vengon fatti passare direttamente chiere secondarie 50a e 50b rispettivamente senza la sottrazione della media cor rente.La schiera secondaria 50a o 50b contiene allora i livelli dei segnali di ritorno per ciascuno dei ritardi di codice indipendentemente dal iatto che essi si muovano oppure no.Il livello del ritorno della diafonia per cjascun ritardo viene misurato in assenza di segnali veri e questo forma una soglia.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1.Sistema di determinazione di distanza ad onda continua ,comprerdente un modulatore per modulare un segnale portante a radiofrequenza secondo un codice pseudocasuale, un'antenna trasmittente per irradiare il segnale verso un bersaglio,un'antenna ricevente per rilevare il segnale riflesso dal bersaglio,un correla tore per correlare il segnale rivelato con il codice trasmesso con uno sfasamento conrrispondente alla porta in distanza corrente da provarevper cui si può determinare la distanza del bersaglio dal sistema e mezzi filtranti per filtrare dall'uscita del correlatore quelle ampiezze di porta in distanza che variano con una frequenza inferiore ad un valore predeterminato. 2.Sistema secondo la rivendicazione 1,in cui l'uscita del correlatore comprende canali gemelli ,per segnali in fase ed in quadratura. 3.Sistema secondo la rivendicazione 2,comprendente un convertitore analogico/digitale per ciascun canale. 4.Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicaeieJ-ni 1,2 o 3,in cui i mezzi di filtraggio comprendono mezzi per stabilire una media corrente delLa a di ciascuna uscita e mezzi per sottrarre l'uscita corren te dalla media corrente. 5.Sistema secondo la rivendicazione 3,in cui un ulteriore stadio di elaborazione viene provvisto per rive vere segnali digitali dal convertitore analogieo/digitale ,l'ulteriore stadio di elaborazione comprendnrdo una schiera di memoria per ciascun canale configurata in modo da immagazzinare il segnale di ritorno per ciascun ritardo di codice in assenza di segnali per stabilire una soglia e mezzi per confrontare segnali successivamente ricevuti con il vaiore di soglia per rilevare segnali che eccedono il valore di soglia. 6.Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni ,comprednente mezzi per variare la potenza del segnale irradiato in funzione della porta in distanza che viene provata.
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