IT9067940A1 - Sistema per la determinazione di distanza a bersagli multipli, particolarmente per radar altimetrici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE del l invenzione industriale dal titolo:

"Sistemi per la determinazione di distanza a bersagli multipli, 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 stata 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 trasmettere 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-I sistemi di determinazione di distanza esistenti a sequenza diretta e spettro diffuso utilizzano tecniche quali anelli a ritardo bloccato o di tipo "Tau dither" per esplorare le varie distanze. Queste tecniche presentano una finestra di esplorazione stretta ed un eccellente caratteristica dinamica. Tuttavia, la limitazione della finestra di esplorazione riduce la capacità di questi sistemi di vedere bersagli a distanze diverse da quella in esame.

Conformemenete all'invenzione, un sistema di determinazione di distanza ad onda continua comprende 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 11 segnale rinviato dalla riflessione sul bersaglio, un correlatore destinato a correlare 11 segnale riflesso col segnale trasmesso con una variazione di fase corrispondente alla distanza correntemente sotto controllo, e mezzi destinati ad elaborare i dati di distanza/ampiezza provenienti dal correlatore per discriminare le riflessioni dovute al bersaglio da quelle dovute ad altri oggetti adiacenti al bersaglio.

11 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 quali:

- la figura 1 rappresenta una vista schematica di un sistema conforme ad una realizzazione del1'invenzione;

- la figura 2 rappresenta una vista schematica dell'applicazione del sistema ed un segnale tipico ricevuto da un simile sistema;

- la figura 3 rappresenta un algoritmo di estrazione delle caratteristiche e distanze del terreno rispetto al sistema, e:

- la figura 4 illustra un tipico segnale risultante suddiviso in fasce di distanza.

Facendo ora riferimento alla figura 1, il sistema raffigurato comprende un trasmettitore dotato di un generatore dì segnale 1; un modulatore 2 destinato a modulare il segnale conformemente ad un codice pseudoaleatorio; un amplificatore di trasmissione 4 ed un'antenna di trasmissione 5. Un ricevitore comprende un'antenna di ricezione 6; un amplificatore di ricezione 7, un correlatore 8 destinato a correlare il segnale ricevuto con una versione ritardata del codice pseudoaleatorio 9 in funzione della distanza che si sta determinando; un rivelatore d'ampiezza 10; una matrice di memoria 11 ed un processore 12 destinato ad analizzare il segnale memorizzato nella matrice 11 per determinare le distanze delle varie caratteristiche del terreno.

Una tecnica di esplorazione di distanza utilizzabile nel sistema precedente, vede il codice ricevente preferibilmente fissato su un ritardo (quindi una distanza) determinato per un periodo d'integrazione fisso permettendo la misura dell'intensità del segnale per ciascun periodo di ritardo. A turno, una rappresentazione dell'intensità del segnale in funzione.della distanza viene costruita per l'intera gamma di misura del sistema nella matrice 11. Questa rappresentazione conterrà quindi i dati relativi a segnale/distanza per tutti i bersagli nonché le informazioni relative al rumore ambientale, ed un tipico risultato è rappresentato nella figura 2. A questa rappresentazione, è possibile ricavare la distanza del bersaglio predominante (terreno) R2 e le distanze inferiori relative ai bersagli meno dominanti (rilievi) RI, mediante il processore 12. Al fine di definire una tecnica solida di estrazione del bersaglio predominante, è necessario prendere in considerazione la dinamica del bersaglio. Si può dimostrare che un algoritmo di area parziale applicato attorno alla distanza del bersaglio predominante può discriminare significativamente questo bersaglio da altri elementi a distanza inferiore che si presentano vicino ad esso.

Un particolare procedimento di estrazione delle distanze del terreno dei rilievi verrà ora descritta con riferimento alle figure 3 e 4.

Facendo ora riferimento alle figure 3 e 4, vediamo che la matrice delle ampiezze o delle intensità del segnale nelle varie bande di distanza o intervalli e le ampiezze vengono modificate per tener conto della legge di variazione dell'intensità del segnale in funzione della distanza, in base alla quale i segnali si riducono di 9 dB/ottava a causa dei fattori di propagazione. L'intervallo con l'ampiezza maggiore (dopo compensazione) è segnato con (C) e il valore dell'ampiezza misurata con (Pili procedimento di determinazione della distanza di un rilievo è il seguente (parte di sinistra della figura 3):

Una soglia ( T 1 ) viene fissata ad un valore fisso inferiore a P. Questo vale tipicamente 12 dB e si verifica che T1 si trova al di sopra del livello del rumore generale. Si effettua una scansione degli intervalli al di sotto di C iniziando da un numero fisso di intervalli al di sotto di C. Tipicamente, l'inizio avviene all'equivalente di 300 piedi (100 metri) sebbene una scansione non copra normalmente i pochi primi intervalli, corrispondenti a distanze inferiori a circa 15 piedi (5 metri). Si determina l'intervallo corrispondente alla distanza più piccola al di sopra di T1 (C1). Si effettua quindi un ' interpolazione in base all'energia in C1 ed all'energia nella prossima cella inferiore e da questa interpolazione, si calcola R1 come distanza alla quale la soglia TI viene attraversata e si fornisce questo valore dopo filtraggio.

Il procedimento di determinazione della distanza del terreno è il seguente (parte destra della figura 3):

Una soglia (T2) viene impostata ad un valore fisso inferiore a P. Essa non deve essere la stessa di TI ma è tipicamente a 12 dB -quando si ottiene un buon rapporto segnale a rumore. In condizioni meno buone di rapporto segnale a rumore, la soglia verrà scelta più vicina a P. Si effettua quindi la scansione di una coppia di intervalli, comprendente un intervallo al di sopra di C ed uno al di sotto, entrambi della stessa quantità. Quando l'energia di uno degli intervalli cade al di sotto di T2, si ferma la scansione- Si determina l'insieme delle coppie di intervalli (C2 - C3) per i quali l'energia supera T2. (nell'esempio delia figura 4, soltanto la coppia di Intervalli adiacenti soddisfa questa condizione). Si calcola l'energia nella gamma degli intervalli C2 - C3 e l'area che contiene una frazione fissa K dell'energia totale in C2 - C3, il limite superiore fornendo il valore di R2 (vedere figura 4). Un valore tipico di K può essere 0,375. Dopo filtraggio, R2 viene considerato come la distanza del terreno. La quantità di filtraggio applicata a questo risultato può essere superiore a quella corrispondente ai rilievi.

Le soglie T1 e T2 vengono scelte in modo tale che rilievi corrispondenti ad alberi e edifici vengano accettati mentre misure relative a nuvole e disturbi vengano ignorate.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di determinazione di distanza ad onda continua, comprendente un modulatore destinata 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, e mezzi destinati ad elaborare i dati di distanza/ampiezza provenienti dal correlatore per discriminare tra le riflessioni dovute al bersaglio e quelle dovute ad altri oggetti adiacenti al bersegl io.
2. 2. Sistema conforme alla rivendicazione 1. caratterizzato dal .fatto che viene determinata una prima soglia relativa all'ampiezza dei segnali ricevuti in modo tale che i segnali immediatamente al di sopra di questa soglia siano segnali rinviati da uno o più dei suddetti altri oggetti.
3. 3. Sistema conforme alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che viene impostata una seconda soglia tale che un'analisi della distribuzione dell'energia dei segnali cosi rinviati al di sopra della suddetta seconda soglia permetta la determinazione della distanza del suddetto bersaglio.
4. 4. Sistema conforme ad una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il bersaglio è il suolo e gli altri oggetti sono elementi caratteristici del suolo.
5. 5. Sistema conforme alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che viene effettuata un'esplorazione per distanze crescenti a partire da una distanza inferiore a quella caratterizzata dalla massima intensità del segnale finché l'intensità del segnale rinviato rimane al di sopra della prima soglia.
6. 6. Sistema conforme alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che viene effettuata una scansione di coppie di segnali al di sopra ed al di sotto della distanza corrispondente alla massima intensità del segnale rinviato fino a che uno dei suddetti segnali comprende un segnale al di sopra della seconda soglia, che si calcola l'energia totale delle coppie al di sopra della suddetta soglia, e che si determina la distanza corrrispondente ad una frazione fissa della suddetta energia totale.