RU124818U1 - RADAR DEVICE FOR REFLECTED SIGNAL PHASE MEASUREMENT - Google Patents
RADAR DEVICE FOR REFLECTED SIGNAL PHASE MEASUREMENT Download PDFInfo
- Publication number
- RU124818U1 RU124818U1 RU2012121654/07U RU2012121654U RU124818U1 RU 124818 U1 RU124818 U1 RU 124818U1 RU 2012121654/07 U RU2012121654/07 U RU 2012121654/07U RU 2012121654 U RU2012121654 U RU 2012121654U RU 124818 U1 RU124818 U1 RU 124818U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- digital
- antenna
- phase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Радиолокационное устройство измерения фазы отраженного сигнала, состоящее из антенны, усилителя высокой частоты, последовательно соединенных синхронизатора и передатчика, отличающееся тем, что дополнительно вводят антенный переключатель, направленный ответвитель, аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство, цифровой согласованный фильтр, цифровое устройство определения экстремумов и индикатор, причем выход передатчика соединяют с входом антенного переключателя и входом направленного ответвителя, выход которого подключают к выходу усилителя высокой частоты и входу аналого-цифрового преобразователя, первый и второй выходы которого подключают соответственно к первому и второму входам запоминающего устройства, третий вход которого связывают с выходом синхронизатора, а выход - со входом цифрового согласованного фильтра, выход которого соединяют с входом цифрового устройства определения экстремумов, выход которого подключают ко входу индикатора, а вход-выход антенны при этом соединяют с вход-выходом антенного переключателя, выход которого подключают ко входу усилителя высокой частоты.A radar device for measuring the phase of the reflected signal, consisting of an antenna, high-frequency amplifier, serially connected synchronizer and transmitter, characterized in that it further includes an antenna switch, a directional coupler, an analog-to-digital converter, a storage device, a digital matched filter, a digital device for determining extrema and indicator, and the output of the transmitter is connected to the input of the antenna switch and the input of the directional coupler, the output of which is switch to the output of the high-frequency amplifier and the input of an analog-to-digital converter, the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the storage device, the third input of which is connected to the output of the synchronizer, and the output to the input of a digital matched filter, the output of which is connected to the input a digital device for determining extrema, the output of which is connected to the input of the indicator, and the input-output of the antenna is connected to the input-output of the antenna switch, the output of which is connected t to an input of a high frequency amplifier.
Description
Полезная модель относится к области радиолокационных измерений и может использоваться в радиолокационных станциях с импульсными зондирующими сигналами для измерения фазовых характеристик отражения объектов.The utility model relates to the field of radar measurements and can be used in radar stations with pulsed sounding signals to measure the phase characteristics of the reflection of objects.
Известно радиолокационное устройство измерения фазы отраженного сигнала [1 с.471 рис.7.41], содержащее синхронизатор, связанный своим первым выходом со входом передатчика, первый выход которого связан со входом первой антенны (передающей антенны), а второй выход - со вторым входом когерентного гетеродина, первый вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, а выход - с вторым входом фазового детектора, первый вход которого подключен к выходу усилителя высокой частоты (УВЧ), соединенного своим входом с выходом второй (приемной) антенны.A known radar device for measuring the phase of the reflected signal [1 p.471 Fig. 7.41], containing a synchronizer connected by its first output to the input of the transmitter, the first output of which is connected to the input of the first antenna (transmitting antenna), and the second output to the second input of the coherent local oscillator the first input of which is connected to the second output of the synchronizer, and the output is connected to the second input of the phase detector, the first input of which is connected to the output of the high-frequency amplifier (UHF) connected to the output of the second (receiving) antenna s.
Недостатком данного устройства является то, что вследствие нарушения когерентности из-за нестабильности частоты передатчика возникают ошибки измерения фазы отраженного объектом сигнала. К тому же каждый отраженный импульс имеет определенную длительность. Длительность отраженного сигнала определяется не только длительностью исходного зондирующего импульса τи, но и радиальной длиной объекта L. А поскольку объекты имеют различия, то и длительность отраженного сигнала может быть разной. Однако для устройства [1] не оговорено, в какой части отраженного сигнала (импульса) следует измерять фазу. Если же измерять фазу отраженного сигнала во всех точках принятого отраженного сигнала, то не определено, какую из фаз принимать за результирующую фазу отраженного сигнала. Кроме того, использование двух антенн, не обладающих абсолютной идентичностью ведет к дополнительным ошибкам, связанным с несовпадением их фазовых центров. Еще одним недостатком является то, что выходные сигналы передатчика являются мощными и не могут напрямую подаваться на вход когерентного гетеродина. То есть в устройстве не предусмотрено понижение мощности сигналов перед подачей их на вход КГ.The disadvantage of this device is that due to a violation of coherence due to instability of the frequency of the transmitter, errors in the measurement of the phase of the signal reflected by the object occur. In addition, each reflected pulse has a specific duration. The duration of the reflected signal is determined not only by the duration of the initial probe pulse τ and , but also by the radial length of the object L. And since the objects have differences, the duration of the reflected signal can be different. However, for the device [1] it is not stipulated in which part of the reflected signal (pulse) the phase should be measured. If, however, the phase of the reflected signal is measured at all points of the received reflected signal, it is not determined which phase to take for the resulting phase of the reflected signal. In addition, the use of two antennas that do not have absolute identity leads to additional errors associated with the mismatch of their phase centers. Another disadvantage is that the transmitter output signals are powerful and cannot be directly fed to the input of a coherent local oscillator. That is, the device does not provide for lowering the power of the signals before applying them to the input of the CG.
Задачей полезной модели является устранение отмеченных недостатков, то есть повышение точности и однозначности измерения фазы отраженного объектом сигнала.The objective of the utility model is to eliminate the noted drawbacks, that is, increase the accuracy and uniqueness of measuring the phase of the signal reflected by the object.
Решение задачи достигается тем, что в состав радиолокационного устройства [1], состоящего из антенны, УВЧ и последовательно соединенных синхронизатора и передатчика, дополнительно включают антенный переключатель (АП), направленный ответвитель (НО), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), запоминающее устройство (ЗУ), цифровой согласованный фильтр (ЦСФ), цифровое устройство определения экстремумов (ЦУОЭ) и индикатор. При этом выход передатчика соединяют с входом АП и входом НО, выход которого подключают к выходу УВЧ и входу АЦП, первый и второй выходы которого подключают соответственно к первому и второму входам ЗУ, третий вход которого связывают с выходом синхронизатора, а выход - со входом ЦСФ, выход которого соединяют с входом ЦУОЭ, выход которого подключают ко входу индикатора, вход-выход антенны при этом соединяют с вход-выходом АП, выход которого подключают ко входу УВЧ.The solution is achieved by the fact that the composition of the radar device [1], consisting of an antenna, UHF and serially connected synchronizer and transmitter, additionally include an antenna switch (AP), a directional coupler (BUT), an analog-to-digital converter (ADC), and a storage device (ZU), the digital coordinated filter (TsSF), the digital device of definition of extrema (TsUOE) and the indicator. The output of the transmitter is connected to the input of the AP and the input of the NO, the output of which is connected to the output of the UHF and the input of the ADC, the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the memory, the third input of which is connected to the output of the synchronizer, and the output to the input of the DSP the output of which is connected to the input of the central control unit, the output of which is connected to the input of the indicator, the input-output of the antenna is connected to the input-output of the AP, the output of which is connected to the input of the UHF.
Предложенное построение схемы радиолокационного устройства позволяет повысить точность и однозначность фазовых измерений за счет разложения комплексного отраженного сигнала на две квадратурные составляющие, отслеживания пика отклика согласованного фильтра на отраженный от объекта сигнал и принятия пика отклика за точку измерения фазы отраженного сигнала. Кроме того, использование НО позволяет установить необходимую мощность (амплитуду) зондирующих сигналов для их перевода в цифровую форму и использования впоследствии для когерентной обработки отраженных сигналов. В качестве источника высокостабильных опорных колебаний в данном случае предусмотрено использование кварцевого гетеродина, встроенного в субмодуль АЦП, частота которого может контролироваться и корректироваться цифровым способом.The proposed construction of a radar device circuit allows increasing the accuracy and uniqueness of phase measurements by decomposing the complex reflected signal into two quadrature components, tracking the peak of the response of the matched filter to the signal reflected from the object, and taking the peak of the response as the measurement point of the phase of the reflected signal. In addition, the use of BUT allows you to set the required power (amplitude) of the probing signals for their digitalization and use subsequently for coherent processing of reflected signals. In this case, the use of a quartz local oscillator built into the ADC submodule, the frequency of which can be controlled and adjusted digitally, is provided as a source of highly stable reference oscillations.
На чертеже представлена структурная схема радиолокационного устройства измерения фазы отраженного сигнала. В его состав входят синхронизатор 1, передатчик 2, АП 3, ЗУ 4, АЦП 5, УВЧ 6, НО 7, ЦСФ 8, ЦУОЭ 9, индикатор 10 и антенна 11.The drawing shows a structural diagram of a radar device for measuring the phase of the reflected signal. It includes
Радиолокационное устройство измерения фазы отраженного сигнала работает следующим образом.Radar device for measuring the phase of the reflected signal operates as follows.
Синхронизатор 1 (в качестве которого может использоваться в том числе и импульсный модулятор) запускает передатчик 2, который формирует сверхвысокочастотные импульсы на несущей частоте f0 и через АП 3 передает их на вход-выход антенны 11, предназначенной для излучения их в пространство в направлении изучаемых (обнаруживаемых, сопровождаемых, распознаваемых, разрешаемых и т.д.) объектов. Отразившись от объекта, радиолокационный сигнал на частоте f0+fд (где fд - доплеровская частота) поступает в антенну 11 и через АП 3 направляется на УВЧ 6, где усиливается на высокой частоте. В качестве передатчика может использоваться любой генерирующий прибор, в том числе магнетрон со случайной начальной фазой в каждом импульсе.Synchronizer 1 (which can also be used as a pulse modulator) starts the
На интервале существования зондирующего сигнала (ЗС) длительностью τи часть его энергии через НО 7 ответвляется в сторону АЦП 5, куда по истечении некоторого времени приходят и отраженные сигналы с выхода УВЧ 6. Направленный ответвитель 7 может представлять собой, к примеру, синфазный НО, крестообразный НО, щелевой мост и пр. Свойства направленного ответвителя (в первую очередь его коэффициент передачи) должны обеспечивать понижение мощности сигналов передатчика до величины, допустимой для нормальной работы субмодуля АЦП 5. Известно, что современные АЦП работают с входными сигналами порядка единиц вольт и даже милливольт.А выходные сигналы передатчика достигают киловольт.On the interval of the existence of a probe signal (ST) with a duration of τ and part of its energy through
Под субмодулем АЦП 5 подразумевается субмодуль цифрового приема, обработки и преобразования сигналов, содержащий четырнадцатиразрядные быстродействующие АЦП типа ADS, понижающие преобразователи на микросхемах типа DDC (Digital Down Converter), коммутаторы потока отсчетов, кварцевый тактовый генератор, контроллер PCI, разъем интерфейса ADM-Connect (ADM), узел тактирования и синхронизации (SYNC) и другие элементы. Подобные модули сегодня широко известны и выпускаются в настоящее время, например, ЗАО «Инструментальные системы» (г.Москва).
В АЦП 5 зондирующий сигнал разлагается на синусную (Im) и косинусную (Re) составляющие с помощью сдвинутых по фазе на π/2 опорных напряжений, вырабатываемых внутренним высокостабильным генератором (кварцевым генератором) субмодуля АЦП. Современные субмодули аналого-цифрового преобразования имеют тактовую частоту до 2 ГГц. А за счет совместного применения нескольких каналов преобразования совокупная тактовая частота может быть увеличена в несколько раз, чего вполне достаточно для проведения операции разложения сигнала на составляющие непосредственно на несущей частоте f0 с выполнением требований теоремы Котельникова. Примерами современных субмодулей АЦП могут служить такие субмодули как ADMDDC216×250M, ADMDDCWB, ADM216×100M, ADS10×2G, ADM28×1G, ADM28×2G и другие [2, 3], выпускаемые ЗАО «Инструментальные системы».In
Квадратурные составляющие оцифрованных сигналов с 1-го и 2-го выходов АЦП 5 поступают соответственно на 1-й и 2-й входы ЗУ 4. Там для каждого периода зондирования проводится запоминание квадратурных составляющих ЗС и принятых реализаций. Для освобождения оперативной машинной памяти от записанной информации и подготовки ее к запоминанию новой информации на третий вход ЗУ 4 в каждом периоде подается синхроимпульс с выхода синхронизатора 1. Переход к новому циклу запоминания осуществляется по переднему фронту синхроимпульса нового периода повторения.The quadrature components of the digitized signals from the 1st and 2nd outputs of the
С выхода ЗУ 4 квадратурные составляющие ЗС и принимаемых сигнальных реализаций очередного периода зондирования поступают на вход ЦСФ 8, представляющего собой цифровой блок со специализированным процессором для проведения согласованной фильтрации. Порядок проведения операций с квадратурными составляющими ЗС и обрабатываемых реализаций при согласованной фильтрации сигналов подробно описаны в [4].From the output of the
В результате согласованной фильтрации, заключающейся в свертке комплексно-сопряженного зондирующего сигнала с принятой реализацией отражений от объектов, на выходе ЦСФ 8 формируются пики откликов согласованного фильтра на отражения от объектов. За счет когерентного сложения составляющих отраженного сигнала формируемые пики откликов становятся более выраженными по амплитуде на фоне шумов, чем исходные принятые отраженные сигналы. Вырастает пропорция между амплитудой сигнала в пике отклика и средним уровнем шума. Пики откликов становятся существенно выше среднего уровня шума, что позволяет применить для обнаружения сигналов от объектов пороговый алгоритм. Уровень порога определяется средним уровнем шума и зависит от свойств приемной системы и качества согласованной обработки сигналов [5-7]. Для определения факта превышения порога в j-м отсчете используются модульные значения реализаций отфильтрованных сигналов j-x отсчетов .As a result of matched filtering, consisting in the convolution of a complex conjugate sounding signal with the adopted realization of reflections from objects, peaks of responses of the matched filter to reflections from objects are formed at the output of
С выхода блока 8 прошедшие фильтрацию сигналы в цифровом виде поступают на вход ЦУОЭ 9, где после пороговой обработки, исключающей все сигналы, не превышающие средний уровень шума, определяются точки максимумов, т.е. пиков откликов отраженных от объектов сигналов. В точках, соответствующих пикам откликов, определяются величины квадратурных составляющих Re(uj) и Im(uj), по значениям которых рассчитываются фазы φj отраженных сигналов с помощью алгоритма определения угла наклона вектора, изображающего комплексное число, к оси абсцисс, пример реализации которого приведен в [8 с.177, рис.9.3].From the output of
Вычисленные в блоке 9 значения фаз сигналов, отраженных объектами, с выхода блока 9 поступают на вход индикатора 10, предназначенного для вывода результирующей информации на экран для зрительного восприятия. На экран (дисплей) выводится номер объекта, его дальность и фаза отраженного им сигнала. Запись амплитуд и фаз отраженных сигналов нескольких периодов повторения методом перехода в частотную область с помощью преобразования Фурье может позволить сформировать детальный спектр отраженного сигнала. Положение главной составляющей спектра на оси частот покажет радиальную скорость объекта и может служить основойThe values of the phases of the signals reflected by the objects calculated in
Новые элементы схемы, в том числе и ЦСФ и ЦУОЭ, являющиеся специализированными микропроцессорами, широко известны и активно применяются в современных радиолокационных системах.New circuit elements, including CSF and TsUOE, which are specialized microprocessors, are widely known and are actively used in modern radar systems.
Как видно из описания, предлагаемое радиолокационное устройство измерения фазы отраженного сигнала имеет существенные преимущества перед прототипом [1]. Устройство способно измерять и выводить на экран информацию о фазе нескольких сигналов, отраженных различными объектами на разных дальностях. А сканирование антенны по азимуту может обеспечить вывод информации с разных азимутальных направлений. Разложение на квадратурные составляющие и цифровая обработка обеспечивают однозначное и более точное измерение фазы отраженного сигнала. Способом обработки строго определено место снятия информации о фазе, а именно - в точке максимума пика отклика отраженного сигнала. Согласованная когерентная обработка, предшествующая измерению, обеспечивает выигрыш в результирующем отношении сигнал/шум и более качественное обнаружение сигнала объекта. Использование направленного ответвителя позволяет понижать мощность ЗС, также подлежащих обработке, в нужнее число раз выбором соответствующего коэффициента передачи. Предложенная схема может быть рекомендована для использования в импульсных радиолокаторах с цифровой обработкой информации, а также в исследовательских радиолокационных системах.As can be seen from the description, the proposed radar device for measuring the phase of the reflected signal has significant advantages over the prototype [1]. The device is capable of measuring and displaying information on the phase of several signals reflected by various objects at different ranges. And scanning the antenna in azimuth can provide information output from different azimuthal directions. Quadrature decomposition and digital processing provide an unambiguous and more accurate measurement of the phase of the reflected signal. By the processing method, the place where the phase information is taken is strictly determined, namely, at the peak point of the response peak of the reflected signal. The coordinated coherent processing preceding the measurement provides a gain in the resulting signal-to-noise ratio and better detection of the object signal. Using a directional coupler allows you to reduce the power of the AP, also to be processed, the right number of times by choosing the appropriate gear ratio. The proposed scheme can be recommended for use in pulsed radars with digital information processing, as well as in research radar systems.
Источники информацииInformation sources
1. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д.Ширмана. М.: Сов. радио, 1970. 560 с.1. Theoretical Foundations of Radar / Ed. J.D. Shirman. M .: Sov. Radio, 1970.560 s.
2. http://www.insys.ru/adc/ads10×2g.2.http: //www.insys.ru/adc/ads10(2g.
3. http://www.insys.ru/subunits/admdac216×400m.3.http: //www.insys.ru/subunits/admdac216-400m.
4. Митрофанов Д.Г. Экспериментальные исследования параметров траекторных нестабильностей полета воздушных объектов. Воронеж. НПФ «САКВОЕЕ» ООО. ISBN 978-5-904259-01-3. Сборник докладов XV международной конференции «RLNC-2009». 2009. С.1536-1547.4. Mitrofanov D.G. Experimental studies of the parameters of trajectory instabilities of flight of air objects. Voronezh. NPF SAKVOE LLC. ISBN 978-5-904259-01-3. Collection of reports of the XV international conference "RLNC-2009". 2009. S. 1536-1547.
5. Финкельштейн М.И. Основы радиолокация. Учебник для вузов. М.: солв. Радио, 1973. 496 с.5. Finkelstein M.I. Basics of radar. Textbook for high schools. M .: solv. Radio, 1973. 496 p.
6. Справочник по радиолокации / Под ред. М.И.Сколника. Пер. с англ. М., Сов. радио, 1967. Том 1. Основы радиолокации. 456 с.6. Handbook of Radar / Ed. M.I.Skolnika. Per. from English M., Sov. Radio, 1967.
7. Радиоэлектронные системы. Справочник. Основы построения и теория / Под ред. Я.Д.Ширмана. М., Радиотехника, 2007. 510 с.7. Radio-electronic systems. Directory. Fundamentals of construction and theory / Ed. J.D. Shirman. M., Radio Engineering, 2007.510 p.
8. Поляков Д.Б., Круглов И.Ю. Программирование в среде Турбо Паскаль (версия 5.5). Справ. - метод. пособие. М.: Изд. МАИ, 1992. 576 с.8. Polyakov DB, Kruglov I.Yu. Programming in Turbo Pascal environment (version 5.5). Ref. - method. allowance. M .: Publishing. MAI, 1992.576 s.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012121654/07U RU124818U1 (en) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | RADAR DEVICE FOR REFLECTED SIGNAL PHASE MEASUREMENT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012121654/07U RU124818U1 (en) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | RADAR DEVICE FOR REFLECTED SIGNAL PHASE MEASUREMENT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU124818U1 true RU124818U1 (en) | 2013-02-10 |
Family
ID=49121972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012121654/07U RU124818U1 (en) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | RADAR DEVICE FOR REFLECTED SIGNAL PHASE MEASUREMENT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU124818U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU207967U1 (en) * | 2021-07-29 | 2021-11-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» | CW radio altimeter with phase locked reference |
-
2012
- 2012-05-25 RU RU2012121654/07U patent/RU124818U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU207967U1 (en) * | 2021-07-29 | 2021-11-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» | CW radio altimeter with phase locked reference |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4928105A (en) | Intrapulse radar receiver | |
Kumawat et al. | Approaching/receding target detection using cw radar | |
JP6324327B2 (en) | Passive radar equipment | |
Shi et al. | Wuhan ionospheric oblique-incidence sounding system and its new application in localization of ionospheric irregularities | |
US20150032411A1 (en) | Envelope Calculation By Means of Phase Rotation | |
Xiong et al. | A novel high-precision range estimation method based on phase of wideband radar echo | |
Yan et al. | Through-the-wall human respiration detection using impulse ultra-wide-band radar | |
RU124818U1 (en) | RADAR DEVICE FOR REFLECTED SIGNAL PHASE MEASUREMENT | |
RU170728U1 (en) | RADAR STATION FOR SELF-PROPELLED FIRE INSTALLATION | |
RU2326402C1 (en) | Method of measurement of radial speed of air target in the mode of frequency tuning from pulse to pulse | |
Pourvoyeur et al. | Ramp sequence analysis to resolve multi target scenarios for a 77-GHz FMCW radar sensor | |
Lu et al. | Robust direction of arrival estimation approach for unmanned aerial vehicles at low signal‐to‐noise ratios | |
RU2017122646A (en) | Method for measuring range and radial velocity in a radar with a probing composite pseudo-random chirp pulse | |
US5124708A (en) | RF stability measuring system for MTI radars | |
Al-Dujaili et al. | Chirplet signal design by FPGA. | |
Yulin et al. | Synchronization technology of bistatic radar system | |
RU2358288C1 (en) | Multifrequency radar station with inverse aperture synthesising and two-level target identification | |
Kurniawan et al. | Implementation of automatic I/Q imbalance correction for FMCW radar system | |
KR101358904B1 (en) | Amplitude modulated radar, apparatus and method for reducing a distance measurement error of the same | |
RU2416106C2 (en) | Apparatus for classifying aerial objects with trajectory motion instabilities | |
RU2444026C1 (en) | Radar station for ship navigation | |
Kenney et al. | An all-cots high sampling frequency pulse-Doppler imaging radar | |
US5263012A (en) | Sub-nanosecond time difference measurement | |
Ali et al. | Design and implementation of FMCW radar using the raspberry Pi single board computer | |
US20230324537A1 (en) | Unambiguous and accurate velocity estimation by frequency-modulated radars |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20130526 |