PL234530B1

PL234530B1 - Sposób bezprzewodowej transmisji informacji użytkowej przez system radarowy, zwłaszcza z wykorzystaniem radarów FMCW oraz radar FMCW

Info

Publication number: PL234530B1
Application number: PL424983A
Authority: PL
Inventors: Jacek Stefański; Mariusz Miszewski
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2020-03-31
Also published as: PL424983A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób bezprzewodowej transmisji informacji użytkowej przez system radarowy, zwłaszcza z wykorzystaniem radarów, FMCW oraz radar FMCW,

Wynalazki te przeznaczone są do transmisji informacji użytkowej pomiędzy radarami z falą ciągłą FMCW Frequency Modulated Continuous Wave z zachowaniem podstawowych funkcji w odniesieniu do wykrywanego obiektu, czyli określania kierunku, odległości oraz prędkości tego obiektu, z wykorzystaniem radarowego sygnału sondującego.

Znany jest sposób organizacji transparentnej komunikacji bezprzewodowej w radarach impulsowych US 2007/0139253 A1, w którym wykorzystuje się do przesyłania informacji użytkowych położenie impulsów sygnałów radarowych na osi czasu.

Nie są znane sposoby i urządzenia do transmisji bezprzewodowej pomiędzy radarami z wykorzystaniem fali ciągłej FMGW.

Sondujący sygnał radarowy nadawany, przez radar FMCW wyraża, się zależnością:

St(t) = At cos(2^f(t)t) = At cos(2a(/·· + kt)t) = At cos(2nfot + 2:kt²) (1) gdzie:

At - ustalona amplituda sondującego sygnału radarowego fo - ustalona częstotliwość początkowa sondującego sygnału radarowego, ft - częstotliwość chwilowa sondującego sygnału radarowego t - czas trwania transmisji sondujących sygnałów radarowych k - współczynnik określony zależnością:

2B k = —, T ^lp gdzie:

B - oznacza ustaloną szerokość pasma sondującego sygnału radarowego.

Tp - oznacza czas trwania segmentu sondującego sygnału radarowego

Istota wynalazku sprowadza się do przekazywania informacji użytkowych zapisanych w systemie binarnym pomiędzy radarami FMCW, poprzez zadawanie/niezadawanie zmiany fazy sondującego sygnału radarowego dla każdego segmentu Tp nadawanego sondującego sygnału radarowego według zależności (2).

W wykonaniu tej istoty do radarowego sygnału sondującego wprowadza się dodatkowy składnik θ, reprezentujący zmienną fazę radarowego sygnału sondującego, wraz z zadaną sekwencją, bitów informacyjnych, które odpowiadają przesyłanej informacji użytkowej.

Sondujący sygnał radarowy z zapisaną informacją użytkową nadawany przez radar FMCW wyrażony jest wówczas zależnością:

St(t) = At cos(2^f (t)t + θ) = At cos(2n(fo +kt)t + θΐ) = At cos(2nf dt + 2M² + θ) (2) gdzie:

_ (2ί-1)π ..θι-----—, ι=1,2...,M

M = 2ⁿ, n = 1,2,...., gdzie:

θΐ - ustalona faza początkowa sondującego sygnału radarowego

M - ustalona liczba faz sondującego sygnału radarowego.

Informacje użytkowe zapisuje się na styku kolejnych segmentów sondującego sygnału radarowego przy pomocy cyfrowego syntetyzera zmiany fazy θ, sondującego sygnału radarowego.

Następnie tak przekształcony sondujący sygnał radarowy, zawierający binarną informację użytkową proporcjonalną do liczby k segmentów Tp, przesyła się do innych odbiorców w czasie kTp.

Radar FMCW do bezprzewodowej transmisji informacji użytkowej, zawierający sprzęgacz kierunkowy, który jest połączony poprzez cyrkulator z anteną, który ponadto połączony jest z mieszaczem, który jest połączony z blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów charakteryzuje się według wynalazku tym, że zawiera cyfrowy syntetyzer zmieniający fazę sondującego sygnału radarowego odpowiednio do informacji użytkowej, przy czym syntetyzer połączony jest z blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów oraz sprzęgaczem kierunkowym.

PL 234 530 B1

Jeżeli przykładowo przy założeniu, że liczba faz M = 2, dla n = 1, to w czasie k-Tp można przesłać k bitów danych, gdyż w tym przypadku każda zmiana fazy lub brak zmiany fazy odpowiada; pojedynczemu bitowi danych „zeru” logicznemu lub „jedynce” logicznej.

Wykorzystanie wynalazku umożliwia zwiększenie funkcjonalności radarów FMCW poprzez wykorzystanie sygnałów sondujących do transmisji informacji użytkowej przy jednoczesnym zachowaniu zdolności wykrywania obiektów będących w ruchu lub w spoczynku, czyli określania kierunku, odległości oraz prędkości tego obiektu.

Wynalazek objaśniony jest bliżej w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym na fig. 1a przedstawiono wykres sondującego sygnału radarowego, na fig. 1 b zmianę fazy sondującego sygnału radarowego, na fig. 1c pokazano postać binarną przekształconego sondującego sygnału radarowego z zakodowaną informacją użytkową, na fig. 2a radar FMCW nadający informację użytkową, na fig. 2b radar FMCW odbierający informację użytkową, na fig. 3 schemat blokowy przekazywania informacji użytkowej w systemie radarowym, na fig. 4 nadawanie i odbiór informacji użytkowych pochodzących z różnych źródeł, fig. 5 wykorzystanie wynalazku do obserwacji ruchu drogowego, fig. 6 wykorzystanie wynalazku do nadzoru ruchu na magistrali kolejowej.

P r z y k ł a d 1

A. Nadawanie informacji użytkowej:

Informację użytkową IU zapisuje się w nadawanym sondującym, sygnale radarowym pokazanym na fig. 1a, na którym zaznaczono segment sondującego sygnału radarowego o czasie trwania Tp, oraz czas trwania k segmentów k-Tp.

W celu nadania informacji użytkowej wykorzystuje się radar F MCW RA1 przedstawiony na fig. 2a. Radar RA1 zawiera sprzęgacz kierunkowy SPK1, który jest połączony poprzez cyrkulator CIR1 z anteną ANT 1, a ponadto połączony jest z mieszaczem MIX1. Mieszacz MIX1 jest połączony z blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów CPS1, a cyfrowy syntetyzer DDS1 zmieniający fazę sondującego sygnału radarowego, odpowiednio do informacji użytkowej, połączony jest z blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów, CPS1 oraz sprzęgaczem kierunkowym SPK1.

Do przesyłania informacji użytkowych ustala się:

At amplitudę sondującego sygnału radarowego, ft częstotliwość chwilową sondującego sygnału radarowego, t czas trwania transmisji sondujących sygnałów, radarowych.

f0 częstotliwość początkową sondującego sygnału radarowego,

B szerokość pasma sondującego sygnału radarowego oraz

M liczbę faz sondującego, sygnału radarowego, w tym przypadku wynoszącą 2.

Przekształcony sondujący sygnał radarowy pokazano na fig. 1 b, w którym nastąpiła zmiana fazy na styku segmentów Tp w punkcie P. Na fig. 1 c, pokazano postać binarną przekształconego sondującego sygnału radarowego z zakodowaną informacją użytkową.

Przekształcony sondujący sygnał radarowy Sp1 zawierający informacje użytkową w postaci binarnej 110.....1, jest nadawany do radaru RA2 najbliższego w systemie radarowym.

B. Odbiór informacji użytkowej:

Jak pokazano, na fig. 2b radar RA2 zawiera sprzęgacz kierunkowy SPK2, który jest połączony poprzez cyrkulator CIR2 z anteną ANT2, a ponadto połączony jest z mieszaczem MIX2, który jest połączony z blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów CPS2. Cyfrowy syntetyzer DDS2 zmieniający fazę sondującego sygnału radarowego połączony jest z blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów CPS2 oraz sprzęgaczem kierunkowym SPK2.

Informację użytkową IU zawartą w sondującym sygnale radarowym Sp1 odbiera się przez radar RA2 i przesyła się do systemu komputerowego K, w którym odczytuje się tą informację użytkową IU.

C. Pośredniczenie w przekazywaniu informacji użytkowej.

Jak pokazano na fig. 3 z radaru RA1 jest nadawany przekształcony sondujący sygnał radarowy Sp1, według sposobu przedstawionego w punkcie A.

Przekształcony sondujący sygnał radarowy Sp1 odbiera się w radarze RA2 według sposobu przedstawionego w pkt B, po czym radar RA2 nadaje przekształcony sondujący sygnał radarowy Sp1, jak w pkt A, zaś w radarze RA3 odbiera się przekształcony sondujący sygnał radarowy Sp1, tak jak w punkcie B.

D. Nadawanie i odbiór informacji użytkowych pochodzących z różnych źródeł.

Jak pokazano na fig. 4 informacja użytkowa IU3 pochodzi z zewnętrznego systemu komputerowego K1 podłączonego do radaru RA1, informacja użytkowa IU2 pochodzi z wewnętrznego systemu

PL 234 530 B1 komputerowego radaru RA1, zaś informacja użytkowa IU1 pochodzi z odbitego od obserwowanego obiektu LOB1 sondującego sygnału radarowego Sp1.

Przy pomocy cyfrowego syntetyzera DDS1 zmienia się fazę sondującego sygnału radarowego Sp1 radaru RA1 sterowanego blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów CPS1, który w oparciu o informacje użytkowe IU1, IU2, IU3 pochodzące z wielu źródeł, po czym realizuje się transmisję przetworzonego sondującego sygnału radarowego Sp1 - w sposób przedstawiony w przykładzie 1A, natomiast w radarze RA2 przy pomocy cyfrowego syntetyzera DDS2 zmienia się fazę sondującego sygnału radarowego Sp1 radaru RA2 sterowanego blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów CPS2, który w oparciu o informacje użytkowe IU1, IU2, IU3 pochodzące z wielu źródeł realizuje odbiór przetworzonego sondującego sygnału radarowego przez komputer K2 w sposób przedstawiony w przykładzie IB.

P r z y k ł a d 2. Obserwacja poruszającego się pojazdu

Jak pokazano na fig. 5 do obserwacji poruszającego się pojazdu LOB1 wykorzystuje się radar RA1. Z radaru RA1 wysyła się sondujący sygnał radarowy Sp1 w kierunku poruszającego się pojazdu LOB1 oraz w kierunku radaru RA2.

Odbiły od pojazdu LOB1 sondujący sygnał radarowy Sp1 powracający do, pierwszego radaru RA1, po przetworzeniu zawiera informację użytkową IU o prędkości i kierunku jazdy pojazdu LOB1, które przesyła się i odbiera do komputera K, w sposób opisany w przykładzie 1A, 1B.

P r z y k ł a d 3. Nadzór nad kolejową magistralą

Jak pokazano na fig, 6 dokonuje się obserwacji pierwszego pociągu LOP1 będącego na szlaku kolejowym, przy pomocy pierwszego radaru RA1 i uzyskaną informację użytkową IU1 przekazuje się dalej jak w przykładzie 1.

Obserwuje się drugi pociąg LOP2 przy pomocy drugiego radaru RA2 i uzyskaną informację użytkową IU2 przekazuje się dalej jak przedstawiono w przykładzie 1. Przy czym informację IU2 przekazuje się łącznie z uzyskaną informacją użytkową IU1 do radaru RA3 w przekształconym sondującym sygnale radarowym Sp2. Informację użytkową IU1 oraz informację użytkową IU2 przekazuje się do systemu komputerowego K połączonego z RA3, który prowadzi nadzór ruchu na magistrali kolejowej.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób bezprzewodowej transmisji informacji użytkowej przez system radarowy, zwłaszcza z wykorzystaniem radarów FMCW, polegający na wykorzystaniu radarowych sygnałów sondujących określonych zależnością st(t) = At cos(2nft(t)f) = At cos(2k(/o + kt)t) = At cos(2a/0t + 2nkt²) gdzie:

At, ustalona amplituda sondującego sygnału radarowego ft częstotliwość chwilowa sondującego sygnału radarowego t czas trwania sondującego sygnału radarowego f0 reprezentuje ustaloną częstotliwość początkową sondującego sygnału radarowego,
2B k współczynnik określony zależnością k = —, ^Tv gdzie:

B oznacza ustaloną szerokość pasma sondującego sygnału radarowego,

Tp oznacza czas trwania segmentu sondującego sygnału radarowego, do nadawania informacji użytkowych przez radar, znamienny tym, że informacje użytkowe zapisuje się. w ten sposób, że na styku kolejnych segmentów (Tp) sondującego sygnału radarowego dokonuje się przy pomocy cyfrowego syntetyzera (DDS) zmiany fazy (Θ) przekształconego sondującego sygnału radarowego spełniającego zależność:

St(t) = At cos(2nft(t)t + Θ) = At cos(2,7(/0 + kt)t + Θ) = At cos(2xf0t + 2nkt² + Θ) θί to, ustalona faza początkowa sondującego sygnału radarowego określona zależnością (---1)-, i = 1,2...,M przy czym M to ustalona liczba faz sondującego sygnału radarowego określona zależnością M = 2ⁿ, n = 1,2 ;

PL 234 530 Β1 po czym tak przekształcony sondujący sygnał radarowy zawierający binarną informację użytkową proporcjonalną do ilości k segmentów T_p, przesyła się do innych odbiorców w czasie kT_p.

2. Radar FMCWdo bezprzewodowej transmisji informacji użytkowej, zawierający sprzęgacz kierunkowy (SPK), który jest połączony poprzez cyrkulator (CIR) z anteną (ANT), a ponadto połączony jest z mieszaczem (ΜΙΧ), który jest połączony z blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów (CPS), znamienny tym, że zawiera cyfrowy syntetyzer (DDS) zmieniający fazę sondującego sygnału radarowego który połączony jest z blokiem cyfrowego przetwarzania sygnałów (GPS) oraz sprzęgaczem kierunkowym (SPK).