IT9067939A1

IT9067939A1 - Sistemi per la determinazione di distanza, particolarmente per radar altimetrici

Info

Publication number: IT9067939A1
Application number: IT067939A
Authority: IT
Inventors: George Edward Matich; David Henry Ramsey; Raymond John Walls
Original assignee: Marconi Gec Ltd
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1991-02-27
Also published as: IT9067941A1; FR2737307B1; IT9067940A0; GB2305323B; IT1274574B1; GB2305323A; IT1269217B; IT9067940A1; US5731782A; GB8904884D0; CA2010959A1; DE4006566A1; IT9067939A0; IT1274576B1; DE4006566C2; CA2010959C; FR2741452A1; IT9047710A0; GB8927422D0; IT9047710A1

Description

DESCRIZIONE del1'invenzione industriale dal titolo:

"Sistemi per la determinazione di distanza, particolarmente per radar altimetrici",

La presente invenzione si riferisce ad un sistema per la determinazione di distanza ad onde continue e, in un aspetto, ad un sistema radar altimetrico per aerei-Questi sistemi comprendono generalmente un mezzo di trasmissione di microonde sul quale è stato aggiunta una qualche forma di codifica, un'antenna destinata ad orientare l'energia verso il bersaglio, un’antenna per ricevere l'energia rinviata e, dopo amplificazione, mezzi destinati a determinare il ritardo che ha subito il segnale, e quindi la distanza del bersaglio. La codifica utilizzata nella trasmissione è stata in passato la modulazione per impulsi o di frequenza, ma più recentemente, è stata introdotta la modulazione di fase a partire da un codice pseudoaleatorio. Questa forma di modulazione presenta la proprietà di generare uno spettro trasmesso simile al rumore che è difficile da rivelare e pertanto, essa trova applicazione nei casi in cui è importanza emettere In segreto. La segretezza può essere migliorata riducendo la potenza trasmessa in modo tale che il segnale rinviato sia appena sufficiente per la misura di distanza.

In questi sistemi a modulazione di fase, il segnale ricevuto viene correlato con una versione ritardata del codice trasmesso, il ritardo essendo gradualmente incrementato e dei campioni del risultato della correlazione vengono rivelati e memorizzati in una matrice. In base ai dati memorizzati, è possibile determinare il ritardo, e quindi la distanza dalla quale giunge il segnale di ritorno. Un sistema tipico è illustrato nella figura 1 e comprende:- un trasmettitore comprendente un generatore 1 di segnali a radiofrequenza; un dispositivo di modulazione 2 destinato a modulare il segnale radio in base ad un codice pseudoaleatorio 3; un amplificatore di trasmissione 4 ed un'antenna di trasmissione 5. Il ricevitore comprende un'antenna di ricezione 6; un amplificatore di ricezione 7; un correlatore B destinato a correlare il segnale ricevuto con una versione ritardata del segnale trasmesso corrispondente alla distanza in esame; un rivelatore di ampiezza 10 ed una materice di memoria 11.

I dati relativi a un simile sistema sono illustrati nella figura 2, il ritardo del codice corrispondendo alla distanza.

Il sistema illustrato nella figura 3 utilizza gli stessi numeri di riferimento della figura 1 per parti corrispondenti del sistema- Il sistema illustrato nella figura 3 differisce da quello della figura 1 relativamente al sistema di correlazione utilizzato. In questo sistema, il segnale ricevuto viene correlato con una variazione di fase selezionata sul dispositivo a ritardo 9 corrispondente alla distanza che si sta provando- Tuttavia, il sistema comprende inoltre una memoria 12 contenente un insieme di codici pseudoaleatori ed un selettore 13 il quale fornisce un codice appropriato proveniente dalla memoria 12 al modulatore 2 ad al dispositivo a ritardo 9 e quindi al correlatore 8. Il codice appropriato viene selezionato sulla base delle caratteristiche del lobo laterale che deve essere commutabile per la distanza da controllare ed il selettore 12 ed il dispositivo a ritardo 9 vengono entrambi controllati da un dispositivo di controllo 14.

In un sistema di determinazione della distanza a spettro esteso in sequenza diretta, possono apparire lobi laterali di correlazione ad una distanza qualsiasi, dovuti sia al passaggio diretto di segnali dal trasmettitore al ricevitore, sia al segnali attesi- Si può dimostrare che queste posizioni di apparizione dei lobi laterali sono collegate alla posizione del segnale (di passaggio diretto o altro) provocante il lobo laterale ed alla particolare sequenza di codice pseudoaleatorio utilizzata. Mediante una selezione accurata della sequenza del codice, è possibile ottenere una relazione tra lobo laterale e segnale tale da permettere di ignorare 1 lobi laterali del segnali attesi. Tuttavia, dato che il segnale di passaggio diretto è generalmente molto superiore ad ogni segnale desiderato, appare un problema evidente considerando 1 livelli relativi del segnale atteso e del lobo laterale del segnale diretto. Dato che la posizione del segnale di passaggio diretto è costante, è stato riscontrato che è possibile per ogni sequenza di codice determinata, trovare la posizione dei lobi laterali dovuti al passaggio diretto del segnale.

Pertanto, l'invenzione realizza un sistema di determinazione di distanza ad onda continua, comprendente un modulatore destinato a modulare un'onda portante a radiofrequenza in base ad un codice pseudoaleatorio, un'antenna di trasmissione destinata ad irradiare il segnale modulato verso un bersaglio, un'antenna di ricezione ed un ricevitore destinati a rivelare il segnale rinviato dalla riflessione sul bersaglio, un correlatore destinato a correlare il segnale riflesso col segnale trasmesso con una variazione di fase corrispondente alla distanza correntemente sotto controllo, una memoria contenente un insieme di codici pseudoaleatori diversi, e mezzi di selezione disposti a fornire al modulatore ed al correlatore un codice proveniente dalla memoria le cui caratteristiche di lobo laterale sono appro·/^ priate per la prossima distanza o le prossime distanze da controllare.

Il codice pseudoaleatorio utilizzato nell'invenzione è preferibilmente un codice di lunghezza massima, una sequenza di numeri generati da un registro a scorrimento con alcune controreazioni su di esso. Per il sistema della presente invenzione si preferisce una lunghezza di 2047 cifre binarie.

Descriviamo ora, a titolo di esempio, la presente invenzione, facendo riferimento ai disegni allegati, nei qua1i :

- la figura 3 rappresenta una vista schematica di un sistema conforme ad una realizzazione della presente invenzione, e

- le figure 4 a 8 illustrano, in una forma schematica semplificata le forme dei segnali utilizzati nel sistema■

Le figure 4, 5 e 6 illustrano in una forma schematica grandemente semplificata il tracciato del livello dei segnali in funzione della distanza esaminata, ottenuto mediante correlazione per tre diversi codici pseudoaleatori. I picchi segnati con asterischi sono i lobi laterali dovuti al passaggio diretto del segnale, mentre il picco indicato con (+) è il segnale vero- Dato che la posizione dei lobi laterali dei segnali di passaggio diretto possono essere determinati per ogni codice pseudoaleatorio in ogni sistema determinato, in un aspetto dell'Invenzione, viene utilizzato un algoritmo di scansione di distanza per selezionare l'utilizzo dei codici A, B e C, eliminando l'effetto dei lobi laterali dovuti al passaggio diretto. Il codice viene cambiato unicamente quando è necessario minimizzare gli effetti dei transitori sul codice variabile ed il ritardo necessario per permettere al nuovo codice di effettuare il percorso di andata fino al suolo e ritorno. In pratica, il codice viene trasmesso ripetutamente, e , per ciascuna sequenza ricevuta, il codice fornito per la correlazione viene o mantenuto con lo stesso ritardo per diverse sequenze del codice, in modo da eliminare gli effetti delle variazioni, e quindi aumentare la precisione prima di passare alla distanza successiva, o per incrementare la variazione di fase per ciascuna correlazione.

La figura 7 illustra in forma semplificata la sequenza di codici selezionata per evitare i lobi laterali dovuti a trasmissione diretta che appaiono nei diagrammi delle figure 4, 5 e 6. La selezione del codice B evita i primi lobi laterali delle figure 4 e 6, mentre il passaggio al codice C elimina il secondo lobo laterale della figura 4 ed il primo lobo laterale della figura 5. Finalmente, il passaggio al codice A elimina i lobi laterali finali delle figure 5 e 6. La risposta risultante in.forma schematica idealizzata è illustrata nella figura 7.

Le mappe stesse dei codici vengono facilmente implementate utilizzando matrici di variabili booleane indirizzate per velocità. Ciascuna posizione booleana indica soltanto l'adeguatezza di un codice particolare per la distanza interessata. Al fine di minimizzare i requisiti di memoria per le mappe dei codici risultanti, è desiderabile che ciascun elemento della matrice nella mappa copra una parte significativa dell'intera portata, ad esempio 1/20-esimo. Quindi ciascuna mappa deve contenere soltanto 20 valori .

Per minimizzare il numero di cambiamenti di codici effettuati, l'algoritmo di scansione dovrà a volte effettuare un esame anticipato per decidere la scelta di due o più codici appropriati. Quest'analisi anticipata deve tener conto dell'ordine di scansione, ma se si utilizza una scansione con distanze .crescenti, l'operazione consiste semplicemente nel1'esaminare le mappe successive dei vari codici appropriati, scegliendo quella che rimane appropriata il più a lungo possibile. Se due o più codici soddisfano questa esigenza, la scelta non è allora importante.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di determinazione di distanza ad onda continua, comprendente un modulatore destinato a modulare un'onda portante a radiofrequenza in base ad un codice pseudoaleatorio, un'antenna di trasmissione destinata ad irradiare il segnale modulato verso un bersaglio, un'antenna di ricezione ed un ricevitore destinati a rivelare il segnale rinviato dalla riflessione sul bersaglio, un correlatore destinato a correlare il segnale riflesso col segnale trasmesso con una variazione di fase corrispondente alla distanza correntemente sotto controllo, una memoria contenente un insieme di codici pseudoaleatori diversi, e mezzi di selezione disposti a fornire al modulatore ed al correlatore un codice proveniente dalla memoria le cui caratteristiche di lobo laterale sono appropriate per la prossima distanza o le prossime distanze da controllare.
2. Sistema conforme alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che un insieme di codici viene estratto selettivamente dalla memoria ed utilizzato in una sequenza che elimina sostanzialmente l'effetto dei lobi laterali dovuti alla trasmissione diretta del segnale.
3. Sistèma conforme alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i codici vengono selezionati sulla base della loro adeguatezza per le distanze che verranno successivamente esaminate
4. Sistema conforme alla rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che la scansione si effettua per distanze crescenti, selezionando i codici appropriati per le portate più lunghe.
5. Sistema conforme alla rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che il codice o ciascuno dei codici viene selezionato per ridurre il numero di cambiamoti di codici necessari quando si esplorano diverse distanze.
6. Sistema ad onda continua, sostanzialmente con-forme a quanto descritto con riferimento ai disegni.