RU194555U1 - Устройство сопровождения воздушной цели импульсно-доплеровской рлс по скорости - Google Patents
Устройство сопровождения воздушной цели импульсно-доплеровской рлс по скорости Download PDFInfo
- Publication number
- RU194555U1 RU194555U1 RU2019118106U RU2019118106U RU194555U1 RU 194555 U1 RU194555 U1 RU 194555U1 RU 2019118106 U RU2019118106 U RU 2019118106U RU 2019118106 U RU2019118106 U RU 2019118106U RU 194555 U1 RU194555 U1 RU 194555U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- digital computer
- frequency
- radar
- doppler
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/04—Systems determining presence of a target
Abstract
Полезная модель устройства сопровождения воздушной цели импульсно-доплеровской РЛС по скорости относится к области радиолокации. Техническим результатом полезной модели является снижение энергетических потерь, причиной которых является весовая обработка принимаемых сигналов, проводимая для снижения уровня боковых лепестков фильтра. Технический результат достигнут за счет использования в составе устройства сопровождения воздушной цели импульсно-доплеровской РЛС по скорости управляемого генератора весовых распределений и умножителя. 3 ил.
Description
Устройство относится к области радиолокации и, конкретно, к системам обработки квазинепрерывного радиолокационного сигнала с высокой и средней частотой повторения импульсов (ВЧПИ и СЧПИ) в импульсно-доплеровских РЛС. Устройство может быть использовано в наземных импульсно-доплеровских РЛС при сопровождении воздушных целей (ВЦ) на фоне интенсивных пассивных помех (ПП) различного происхождения.
В режимах излучения с ВЧПИ и СЧПИ имеется возможность осуществлять узкополосную доплеровскую фильтрацию отраженного ВЦ сигнала. В результате фильтрации обеспечивается когерентное накопление полезного сигнала и подавление мешающих сигналов, отраженных от поверхности Земли и ложных целей, а также решается задача непрерывного сопровождения ВЦ по доплеровским частотам (радиальной скорости движения ВЦ).
Известно устройство сопровождения ВЦ в режимах ВЧПИ и СЧПИ по скорости [1, с. 156].
Работа известного устройства происходит следующим образом. Отраженный движущейся ВЦ радиосигнал, принимается антенной АН, усиливается, фильтруется и переносится на промежуточную частоту приемником (ПРМ). Импульсные сигналы Uпр, промежуточной частоты с выхода ПРМ подаются на селектор дальности (СД), который открывается стробом Uстр, совпадающим по времени с селекторным импульсом дальномера, т.е. в момент наличия сигнала от сопровождаемой ВЦ. В остальное время селектор закрыт. Строб Uстр формируется в устройстве расстановки стробов (УРС).
Выходной сигнал Uпр широкополосной части ПРМ имеет частоту ƒпр + ƒдп ц, где ƒпр - промежуточная частота, ƒдп ц - 2Vсбл/λ - доплеровское смещение частоты сигнала, отраженного от ВЦ приближающейся (удаляющейся) к РЛС со скоростью Vсбл, при длине волны РЛС λ. С выхода СД сигнал поступает на первый вход смесителя (СМ). На второй вход СМ поступает гетеродинный сигнал с управляемого гетеродина (УГ), частота которого изменяется в соответствии с выражением
ƒУГ=ƒпр - ƒУФ - ƒдп э,
где ƒУФ - частота настройки узкополосного фильтра (УФ);
ƒдп э - экстраполированное значение доплеровского смещения частоты полезного сигнала. Изменение ƒдп э, а следовательно, и ƒУГ происходит под воздействием кода формируемого цифровой вычислительной машиной (ЦВМ). В результате преобразования сигналов с частотами ƒпр + ƒдп ц и ƒУГ, на выходе СМ образуется сигнал с частотой
ƒр=ƒУФ - Δƒдп,
где - разность доплеровских смещений частот сигналов, отраженного от ВЦ и его экстраполированного значения, которая затем поступает на УФ. Полоса пропускания ΔƒУФ УФ обычно составляет сотни герц - единицы килогерц и определяет разрешающую способность РЛС при сопровождении ВЦ по скорости: δV=0,5λΔƒУФ. Сигнал на выходе УФ имеет вид непрерывного синусоидального сигнала с частотой ƒр. Если Δƒдп ц ≠ Δƒдп э, то частота сигнала на выходе УФ будет отличаться от частоты настройки данного фильтра на величину Δƒдп.
Выходной сигнал УФ поступает на частотный дискриминатор (ЧД), который преобразует рассогласование Δƒдп в напряжение постоянного тока Uƒ на основе соотношения
Uƒ=KЧДΔƒдп,
где KЧД - коэффициент передачи ЧД (крутизна дискриминационной характеристики ЧД). Выходным каскадом аналоговой части устройства слежения, является интегратор со сбросом (накопитель (Н)), управляемый тактовыми импульсами Uт ЦВМ. В результате дополнительного некогерентного накопления выходной аналоговый сигнал можно записать в виде
где KН - коэффициент передачи некогерентного накопителя;
KЧД *=KНKЧД - приведенная крутизна дискриминационной характеристики ЧД.
Сигнал (1) преобразуется в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) в цифровую форму и далее обрабатывается в ЦВМ. Обозначим цифровой код данного сигнала как
Uƒ(i)=KЦП ƒUƒΣ(i),
где KЦП ƒ=1/Δƒ - коэффициент передачи АЦП;
Δƒ - величина, численно равная единице младшего разряда цифрового кода Uƒ(i).
Последующая фильтрация доплеровского смещения частоты ƒдп осуществляется в ЦВМ по алгоритмам α-, β-фильтрации.
После завершения i-го такта вычислений по алгоритмам α-, β-фильтрации формируется экстраполированное значение доплеровского смещения частоты на (i+1)-й такт работы:
где TТ - период экстраполяции;
Код частоты изменяет частоту сигнала УГ, подаваемого на СМ, обеспечивая настройку канала слежения на ожидаемое значение доплеровского смещения частоты сигнала, отраженного от ВЦ.
Для уменьшения боковых лепестков фильтра (УФ) используется взвешивание (временная весовая обработка) [2, с. 188, 3 с. 125], являющаяся причиной энергетических потерь сигнала (снижения отношения сигнал/шум), составляющих 2-3 дБ в зависимости от используемого весового распределения.
В качестве аналога выбрано рассмотренное устройство сопровождения ВЦ в режимах ВЧПИ и СЧПИ по скорости [1].
Технической задачей полезной модели является снижение энергетических потерь, причиной которых является весовая обработка принимаемых сигналов, проводимая для снижения уровня боковых лепестков (УБЛ) фильтра.
Техническая задача достигается использованием в составе устройства сопровождения ВЦ импульсно-доплеровской РЛС по скорости управляемого генератора весовых распределений (УГВР) и умножителя (УМ).
Под воздействием кода частоты УГВР генерирует весовое распределение согласно известному способу [4], которое поступает на второй вход УМ. УМ производит умножение входного сигнала на весовое распределение. Генерируемое УГВР весовое распределение обеспечивает снижение УБЛ фильтра в заданном диапазоне доплеровских частот, таком, что его центру соответствует частота, задаваемая управляющим кодом. Таким образом, при сопровождении ВЦ, обеспечивается не только подстройка ƒУГ, но и задание такого весового распределения, при котором сигнал сопровождаемой ВЦ находится в центре диапазона сниженного УБЛ.
Устройство сопровождения ВЦ импульсно-доплеровской РЛС по скорости (фиг. 1), содержит АС 1, сигнал с которой поступает в ПРМ 2, затем в СД 3, который управляется УРС 9, получающим команды от ЦВМ13, СМ 5, выход которого соединен с последовательно включенными УФ 6, ЧД 7, Н 8 и АЦП 12, причем на Н 8 и АЦП 12 также поступают тактовые импульсы от ЦВМ, на один из входов СМ 5 подается сигнал от УГ 11, получающего код частоты от ЦВМ 13, выход АЦП 12 соединен с ЦВМ 13, отличающееся тем, что содержит УМ 4, включенный между СД 3 и СМ 5, и УГВР 10, получающий код частоты от ЦВМ 13 и подающий весовое распределение на УМ 4.
Полезная модель иллюстрируется следующими фигурами.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства сопровождения ВЦ импульсно-доплеровской РЛС по скорости.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - антенная система;
2 - приемник;
3 - селектор дальности;
4 - умножитель;
5 - смеситель;
6 - узкополосный фильтр;
7 - частотный дискриминатор;
8 - накопитель;
9 - устройство расстановки стробов;
10 - управляемый генератор весовых распределений;
11 - управляемый гетеродин;
12 - аналого-цифровой преобразователь;
13 - цифровая вычислительная машина.
На фиг. 2 приведен спектр аддитивной смеси ПП и сигнала движущейся ВЦ на выходе УМ 4.
На фиг. 2 приняты следующие обозначения:
а - пассивная помеха;
б - сигнал движущейся ВЦ.
На фиг. 3 приведена зависимость энергетических потерь весовой обработки от доплеровского смещения частоты полезного сигнала при ширине диапазона сниженного УБЛ 10 кГц в диапазоне значений центра диапазона сниженного УБЛ от 4 до 65 кГц.
Работа устройства сопровождения ВЦ импульсно-доплеровской РЛС по скорости осуществляется следующим образом.
Принятый АС 1 сигнал, содержащий сигнал сопровождаемой ВЦ и ПП, поступает в ПРМ 2, где подвергается усилению, фильтрации и переносится на промежуточную частоту. С выхода ПРМ 2 импульсные сигналы Uпр промежуточной частоты подаются на СД 3, который открывается стробом Uстр, совпадающим по времени с селекторным импульсом дальномера, т.е. в момент наличия сигнала сопровождаемой ВЦ. В остальное время СД 3 закрыт. Строб Uстр формируется УРС 9.
Выходной сигнал Uпр имеет частоту ƒпр+ƒдп ц, где ƒдп ц = 2Vсбл/λ - доплеровское смещение частоты сигнала, отраженного от ВЦ. С выхода СД 3 сигнал поступает на первый вход умножителя УМ 4, на второй вход которого поступает весовое распределение, синтезированное УГВР 10 в соответствии с частотой, заданной кодом поступающим из ЦВМ 13.
Синтез весового распределения в УГВР производится следующим образом.
1). Рассчитываются элементы матрицы R
Δ - шаг дискретизации;
L - длина весового окна в дискретных отсчетах (нечетная).
2). Рассчитываются элементы вектора-столбца b
bn=-Fn(L,R,kn),
где kn=а, а+Δ, а+2Δ, …, b;
F - дискретный действительный спектр опорной функции
R - УБЛ в дБ (значение R целесообразно выбирать -29,32 дБ).
3). Рассчитывается вектор коэффициентов и модулирующей функции
4). Рассчитывается оконная функция
где wch - дискретная опорная оконная функция Дольфа-Чебышева, получаемая путем обратного быстрого преобразования Фурье (3).
Поскольку матрица R является вырожденной, при вычислении (4) необходима ее регуляризация путем добавления некоторой константы α к ее главной диагонали
R'=R+αI,
где α - коэффициент (выбирается экспериментально в диапазоне (10-8, 10-2));
I - единичная матрица.
С выхода УМ 4 взвешенный сигнал поступает на первый вход СМ 5. На второй вход СМ 5 поступает гетеродинный сигнал с УГ 11, частота которого изменяется в соответствии с выражением
ƒУГ=ƒпр-ƒУФ-ƒдп э,
где ƒУФ - частота настройки УФ 6;
ƒдп э - экстраполированное значение доплеровского смещения частоты полезного сигнала. Изменение ƒдп э, а следовательно, и ƒУГ происходит под воздействием кода формируемого ЦВМ 13. В результате преобразования сигналов с частотами ƒпр+ƒдп ц и ƒУГ, на выходе СМ 5 формируется сигнал с частотой
ƒр=ƒУФ-Δƒдп,
где - разность доплеровских смещений частот сигналов, отраженного от ВЦ и его экстраполированного значения, которая затем поступает на УФ 6. Полоса пропускания ΔƒУФ УФ 6 обычно составляет сотни герц - единицы килогерц и определяет разрешающую способность РЛС при сопровождении ВЦ по скорости: δV=0,5λΔƒУФ. Сигнал на выходе УФ имеет вид взвешенного синусоидального сигнала с частотой ƒр. Если Δƒдп ц ≠ Δƒдп э, то частота сигнала на выходе УФ 6 будет отличаться от частоты настройки данного фильтра на величину Δƒдп.
Выходной сигнал УФ 6 поступает на ЧД 7, который преобразует рассогласование Δƒдп в напряжение постоянного тока Uƒ на основе соотношения
Uƒ=KЧДΔƒдп,
где KЧД - коэффициент передачи ЧД 7 (крутизна дискриминационной характеристики ЧД 7). Выходным каскадом аналоговой части устройства слежения, является интегратор со сбросом (накопитель (Н 8)), управляемый тактовыми импульсами Uт ЦВМ 13. В результате дополнительного некогерентного накопления выходной аналоговый сигнал
где KН - коэффициент передачи Н 8;
KЧД *=KНKЧД - приведенная крутизна дискриминационной характеристики ЧД 7.
Сигнал (5) преобразуется АЦП 12 в цифровую форму и далее обрабатывается в ЦВМ 13. Цифровой код данного сигнала
Uƒ(i)=KЦП ƒUƒΣ(i),
где KЦП ƒ=1/Δƒ - коэффициент передачи АЦП 12;
Δƒ - величина, численно равная единице младшего разряда цифрового кода Uƒ(i).
Последующая фильтрация доплеровского смещения частоты ƒдп осуществляется в ЦВМ по алгоритмам α-, β-фильтрации.
После завершения i-го такта вычислений по алгоритмам α-, β-фильтрации формируется экстраполированное значение доплеровского смещения частоты на (i+1)-й такт работы:
где ТТ - период экстраполяции;
Код частоты изменяет частоту сигнала УГ 11, подаваемого на СМ 5, обеспечивая настройку канала слежения на ожидаемое значение доплеровского смещения частоты сигнала отраженного от ВЦ. ЦВМ 13 формирует оценку доплеровского смещения частоты полезного сигнала используемую в других системах РЛС.
На фиг. 2 приведен пример спектра сигнала на выходе УМ 4 при наблюдении (сопровождении) ВЦ, имеющей доплеровское смещение частоты 25 кГц.
На фиг. 3 приведена зависимость энергетических потерь весовой обработки от доплеровского смещения частоты полезного сигнала при ширине диапазона сниженного УБЛ 10 кГц в диапазоне значений центра диапазона сниженного УБЛ от 4 до 65 кГц.
Как видно из приведенной на фиг. 3 зависимости, энергетические потери, причиной которых является весовая обработка принимаемых сигналов, зависят от доплеровского смещения частоты сигнала сопровождаемой ВЦ и снижаются с увеличением доплеровского смещения. В сравнении с часто используемым в подобных устройствах весовым распределением Дольфа-Чебышева, обеспечивающего УБЛ фильтра -90 дБ при энергетических потерях 2,7 дБ, предлагаемое устройство вносит потери от 0,6 до 2,7 в зависимости от доплеровского смещения частоты сигнала сопровождаемой ВЦ при обеспечении УБЛ фильтра менее -90 дБ, чем подтверждается технический результат.
Литература:
1. Многофункциональные радиолокационные системы: учеб. пособ. для вузов / П.И. Дудник, А.Р. Ильчук, Б.Г. Татарский; под ред. Б.Г. Татарского. - М.: Дрофа, 2007.
2. Справочник по радиолокации под ред. М.И. Сколника. Пер. с англ. Под общей ред. B.C. Вербы. Книга 1. М.: Техносфера, 2014.
3. Трухачев А.А., Радиолокационные сигналы и их применения. - М.: Воениздат, 2005.
4. Патент РФ №2594005. Способ обработки радиолокационного сигнала в импульсно-доплеровской РЛС.
Claims (1)
- Устройство сопровождения воздушной цели импульсно-доплеровской РЛС по скорости, содержащее антенную систему, сигнал с которой поступает в приемник, затем в селектор дальности, который управляется устройством расстановки стробов, получающим команды от цифровой вычислительной машины, смеситель, выход которого соединен с последовательно включенными узкополосным фильтром, частотным детектором, накопителем и АЦП, причем на накопитель и АЦП также поступают тактовые импульсы от цифровой вычислительной машины, на один из входов смесителя подается сигнал от управляемого гетеродина, получающего код частоты от цифровой вычислительной машины, выход АЦП соединен с цифровой вычислительной машиной, отличающееся тем, что содержит умножитель, включенный между селектором дальности и смесителем, и управляемый генератор весовых распределений, получающий код частоты от цифровой вычислительной машины и подающий весовое распределение на умножитель.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118106U RU194555U1 (ru) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Устройство сопровождения воздушной цели импульсно-доплеровской рлс по скорости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118106U RU194555U1 (ru) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Устройство сопровождения воздушной цели импульсно-доплеровской рлс по скорости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU194555U1 true RU194555U1 (ru) | 2019-12-16 |
Family
ID=69007250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019118106U RU194555U1 (ru) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Устройство сопровождения воздушной цели импульсно-доплеровской рлс по скорости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU194555U1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2150716C1 (ru) * | 1998-11-23 | 2000-06-10 | Научно-исследовательский институт измерительных приборов | Способ радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, комплекс рлс для реализации способа |
US20150338506A1 (en) * | 2012-11-30 | 2015-11-26 | Denso Corporation | Fmcw radar device |
RU2594005C1 (ru) * | 2015-09-01 | 2016-08-10 | Иван Васильевич Колбаско | Способ обработки радиолокационного сигнала в импульсно-доплеровской рлс |
CN106646446A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-05-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法 |
RU2667485C1 (ru) * | 2017-10-13 | 2018-09-20 | Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (АО "НПО НИИИП-НЗиК") | Способ радиолокационного обзора пространства и многопозиционный комплекс для его осуществления |
JP2018194425A (ja) * | 2017-05-17 | 2018-12-06 | 富士通株式会社 | 物標検知装置及び物標検知プログラム |
-
2019
- 2019-06-10 RU RU2019118106U patent/RU194555U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2150716C1 (ru) * | 1998-11-23 | 2000-06-10 | Научно-исследовательский институт измерительных приборов | Способ радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, комплекс рлс для реализации способа |
US20150338506A1 (en) * | 2012-11-30 | 2015-11-26 | Denso Corporation | Fmcw radar device |
RU2594005C1 (ru) * | 2015-09-01 | 2016-08-10 | Иван Васильевич Колбаско | Способ обработки радиолокационного сигнала в импульсно-доплеровской рлс |
CN106646446A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-05-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法 |
JP2018194425A (ja) * | 2017-05-17 | 2018-12-06 | 富士通株式会社 | 物標検知装置及び物標検知プログラム |
RU2667485C1 (ru) * | 2017-10-13 | 2018-09-20 | Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (АО "НПО НИИИП-НЗиК") | Способ радиолокационного обзора пространства и многопозиционный комплекс для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6646587B2 (en) | Doppler radar apparatus | |
CN101825707B (zh) | 基于Keystone变换和相参积累的单脉冲测角方法 | |
US4568938A (en) | Radar altimeter nearest return tracking | |
US5302955A (en) | Apparatus for combining data produced from multiple radars illuminating a common target area | |
EP1929327B1 (en) | Signal acquisition system and method for ultra-wideband (uwb) radar | |
Gill | Step frequency waveform design and processing for detection of moving targets in clutter | |
US20110068969A1 (en) | Pulse doppler coherent method and system for snr enhancement | |
Gallagher et al. | Moving target indication with non-linear radar | |
DE69834710T2 (de) | Radarsystem | |
CN110632587A (zh) | 一种基于快速fmcw雷达的弱运动物体监测方法 | |
Kumawat et al. | Approaching/receding target detection using cw radar | |
CN110857975A (zh) | 雷达范围精确度改进方法 | |
Gill | High-resolution step-frequency radar | |
RU194555U1 (ru) | Устройство сопровождения воздушной цели импульсно-доплеровской рлс по скорости | |
CN113671495B (zh) | 基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统以及方法 | |
US4249179A (en) | Circuit arrangement for displacing the clutter spectrum in a radar receiver | |
CN209946381U (zh) | 一种隧道安全距测量系统 | |
Liu et al. | Novel range profile synthesis algorithm for linearly stepped-frequency modulated inversed synthetic aperture radar imaging of remote manoeuvring target | |
US2897490A (en) | Bandwidth compression system | |
RU2296346C2 (ru) | Способ измерения дальности в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях | |
CN112782659A (zh) | 雷达及雷达回波信号的背景成分更新方法 | |
RU2792418C1 (ru) | Многоканальное устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов | |
US3713152A (en) | Circuit for matching the radar pulse duration with the range gate width | |
Dąbrowski et al. | An x–band FMCW radar demonstrator based on an SDR platform | |
Jordan et al. | Suppression of spur chirps for fractional-N PLL-based heterodyne FMCW SAR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20191201 |