RU2003120811A

RU2003120811A - Способ и система для радиолокационного измерения скоростей и координат объектов (варианты)

Info

Publication number: RU2003120811A
Application number: RU2003120811/09A
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Кошуринов (RU); Евгений Иванович Кошуринов
Original assignee: Евгений Иванович Кошуринов (RU); Евгений Иванович Кошуринов
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2005-02-10
Also published as: WO2005003811A1; WO2005003811A8; RU2255352C2

Claims

1. Способ радиолокационного измерения скоростей и координат объектов, включающий излучение периодически модулированного по частоте зондирующего сигнала, прием отраженных от объектов сигналов, перемножение излучаемого и принятых сигналов, усиление в заданной полосе частот и анализ полученного в результате перемножения гомодинного сигнала, отличающийся тем, что из гомодинного сигнала формируют сигнал промежуточных частот в виде последовательности цифровых фрагментов заданной длительности, формируют двумерную матрицу базисных сигналов, номера столбцов которой соответствуют множеству средних ожидаемых значений дальности, а номера строк - множеству средних ожидаемых значений скорости, вычисляют последовательность матриц значений функций взаимной корреляции матрицы базисных сигналов и каждого из фрагментов сигнала промежуточных частот, обнаруживают объекты путем выявления элементов матрицы функций взаимной корреляции любого фрагмента, значения которых превышают заданный пороговый уровень, и определяют дальность и скорость обнаруженных объектов по номерам, соответственно, столбца и строки выявленных элементов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цифровые фрагменты сигнала промежуточных частот формируют путем, по крайней мере, однократного возведения в квадрат гомодинного сигнала и исключения из полученного сигнала постоянной составляющей.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно формируют квадратурную, по отношению к основной, двумерную матрицу базисных сигналов, вычисляют последовательность квадратурных матриц значений функций взаимной корреляции квадратурной матрицы базисных сигналов и каждого из фрагментов сигнала промежуточных частот, обнаруживают объекты путем выявления элементов квадратурной матрицы функций взаимной корреляции любого фрагмента, значения которых превышают заданный пороговый уровень, и определяют дальность и скорость обнаруженных объектов по номерам, соответственно, столбца и строки выявленных элементов.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что дополнительно из элементов последовательности матриц функций взаимной корреляции формируют матрицу корреляционных сигналов, каждый элемент которой представляет собой последовательность соответствующих номеру столбца и строки значений функций взаимной корреляции каждой из последовательности матриц, определяют спектр корреляционных сигналов путем преобразования Фурье, обнаруживают объекты путем выявления элементов матрицы корреляционных сигналов, значения выделенных составляющих спектра которых превышают заданный пороговый уровень, и определяют дальность и скорость обнаруженных объектов по номерам, соответственно, столбца и строки выявленных элементов.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно по частоте выделенной составляющей спектра корреляционного сигнала выявленных элементов вычисляют уточняющую поправку к значению скорости обнаруженного объекта, причем знак уточняющей поправки определяют по знаку разности фаз выделенной составляющей в элементе основной матрицы и идентичном по номеру столбца и строки элементе квадратурной матрицы корреляционных сигналов.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что базисные сигналы в матрицах и сигналы промежуточных частот каждого фрагмента формируют в виде функций времени, а матрицы значений функций взаимной корреляции вычисляют перемножением сигнала промежуточных частот каждого фрагмента с каждым из базисных сигналов матриц с последующим интегрированием результата перемножения по времени фрагмента.

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что базисные сигналы в матрицах формируют в виде коэффициентов спектра, формируют последовательность спектров фрагментов сигнала промежуточных частот путем преобразования Фурье с сигналом каждого из фрагментов, а матрицы значений функций взаимной корреляции вычисляют перемножением коэффициентов спектра сигнала промежуточных частот каждого фрагмента с коэффициентами спектра каждого из базисных сигналов матриц с последующим суммированием результата перемножения.

8. Способ по пп.4 и 7, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют уточненное значение дальности обнаруженного объекта, при этом для каждого выявленного элемента матриц спектров базисных сигналов выбирают номера нескольких гармоник с наибольшими амплитудами, из последовательности спектров фрагментов сигнала промежуточных частот для каждой выбранной гармоники формируют последовательности пар коэффициентов гармоник - действительного и мнимого, которые представляют как пары сигналов гармоник, с полученными сигналами выполняют дискретное преобразование Фурье, по отношениям мнимого и действительного коэффициентов выделенных составляющих спектра определяют фазу каждой гармоники и фазочастотную характеристику обнаруженного объекта, по крутизне которой вычисляют уточненное значение дальности.

9. Способ радиолокационного измерения скоростей и координат объектов, включающий излучение периодически модулированного по частоте зондирующего сигнала, прием отраженных от объектов сигналов, перемножение излучаемого и принятых сигналов, усиление в заданной полосе частот и анализ полученного в результате перемножения гомодинного сигнала, отличающийся тем, что прием отраженного сигнала, его перемножение с излучаемым сигналом и усиление в заданной полосе частот осуществляют, по крайней мере, еще в одной позиции, пространственно отнесенной от первой, при этом в каждой позиции из гомодинного сигнала формируют сигнал промежуточных частот в виде последовательности цифровых фрагментов заданной длительности, формируют трех- или четырехмерную матрицу базисных сигналов, номера столбцов первого измерения которой соответствуют множеству средних ожидаемых значений дальности, номера столбцов второго и третьего измерений - множеству средних ожидаемых значений первой и второй угловых координат соответственно, а номера строк - множеству средних ожидаемых значений скорости, вычисляют в каждой позиции последовательность матриц значений функций взаимной корреляции матрицы базисных сигналов и каждого из фрагментов сигнала промежуточных частот, соответственно количеству фрагментов вычисляют последовательность суммарных матриц путем суммирования соответствующих столбцу и строке значений функций взаимной корреляции, полученных во всех позициях, обнаруживают объекты путем выявления элементов любой суммарной матрицы функций взаимной корреляции, значения которых превышают заданный пороговый уровень, и определяют в случае использования трехмерной матрицы дальность, первую угловую координату и скорость, а в случае использования четырехмерной матрицы - дальность, первую и вторую угловые координаты и скорость обнаруженных объектов по номерам, соответственно, столбцов и строки выявленных элементов.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что цифровые фрагменты сигнала промежуточных частот формируют путем, по крайней мере, однократного возведения в квадрат гомодинного сигнала и исключения из полученного сигнала постоянной составляющей.

11. Способ по любому из пп.9 и 10, отличающийся тем, что в каждой позиции дополнительно формируют квадратурную, по отношению к основной, трехмерную или четырехмерную матрицы базисных сигналов, вычисляют в каждой позиции последовательность квадратурных матриц значений функций взаимной корреляции квадратурной матрицы базисных сигналов и каждого из фрагментов сигнала промежуточных частот, соответственно количеству фрагментов вычисляют последовательность квадратурных суммарных матриц путем суммирования соответствующих столбцу и строке значений функций взаимной корреляции, полученных во всех позициях, обнаруживают объекты путем выявления элементов суммарной квадратурной матрицы функций взаимной корреляции любого фрагмента, значения которых превышают заданный пороговый уровень, и определяют в случае использования трехмерной квадратурной матрицы дальность, первую угловую координату и скорость, а в случае использования четырехмерной квадратурной матрицы - дальность, первую и вторую угловые координаты и скорость обнаруженных объектов по номерам, соответственно, столбцов и строки выявленных элементов.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют уточняющую поправку к любой из угловых координат, при этом из позиций приема выделяют две группы позиций, вычисляют соответственно столбцам и строке выявленных элементов суммарные основную и квадратурную матрицы значений функций взаимной корреляции для каждой группы, определяют фазу принятого в каждой из групп позиций сигнала из отношения соответствующих номеру столбца и строки значений функций корреляции основной и квадратурной суммарных матриц, вычисляют разность фаз сигналов, принятых группами позиций и определяют по ним с учетом расстояния между центрами групп позиций величину и знак поправки к значению угловой координаты.

13. Способ по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что дополнительно из суммарных матриц функций взаимной корреляции формируют матрицу суммарных корреляционных сигналов, каждый элемент которой представляет собой последовательность соответствующих номерам столбцов и строк элементов суммарных матриц функций взаимной корреляции, определяют спектр корреляционных сигналов путем преобразования Фурье, обнаруживают объекты путем выявления элементов матрицы суммарных корреляционных сигналов, значения выделенных составляющих спектра которых превышают заданный, пороговый уровень, и определяют дальность, угловые координаты и скорость обнаруженных объектов по номерам, соответственно, столбцов и строк выявленных элементов.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что дополнительно по частоте выделенной составляющей спектра суммарного корреляционного сигнала выявленных элементов вычисляют уточняющую поправку к значению скорости обнаруженного объекта, причем знак уточняющей поправки определяют по знаку разности фаз выделенной составляющей в элементе основной матрицы и идентичном по номерам столбцов и строки элементе квадратурной матрицы корреляционных сигналов.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют уточняющую поправку к любой из угловых координат, при этом из позиций приема выделяют две группы позиций, вычисляют соответственно столбцам и строке выявленных элементов суммарные корреляционные сигналы для каждой группы, по отношению амплитуд выделенных составляющих спектра корреляционных сигналов основной и квадратурной матриц определяют фазу принятого в каждой из групп позиций сигнала, вычисляют разность фаз сигналов, принятых группами позиций и определяют по ним с учетом расстояния между центрами групп позиций величину и знак поправки к значению угловой координаты.

16. Способ по любому из пп.9-15 отличающийся тем, что базисные сигналы в матрицах и сигналы промежуточных частот каждого фрагмента формируют в виде функций времени, а матрицы значений функций взаимной корреляции вычисляют перемножением сигнала промежуточных частот каждого фрагмента с каждым из базисных сигналов матриц с последующим интегрированием результата перемножения по времени фрагмента.

17. Способ по любому из пп.9-15, отличающийся тем, что базисные сигналы в матрицах формируют в виде коэффициентов спектра, формируют последовательность спектров фрагментов сигнала промежуточных частот путем преобразования Фурье сигнала каждого из фрагментов, а матрицы значений функций взаимной корреляции вычисляют перемножением коэффициентов спектра сигнала промежуточных частот каждого фрагмента с коэффициентами спектра каждого из базисных сигналов матриц с последующим суммированием результата перемножения.

18. Система для радиолокационного измерения скоростей и координат объектов, содержащая соединенные микроволновыми входами и выходами антенно-фидерное устройство, обеспечивающее излучение зондирующего и прием отраженных от измеряемых объектов сигналов, и приемо-передающее устройство, обеспечивающее формирование зондирующего сигнала, перемножение с ним принятых сигналов и усиление полученного гомодинного сигнала, а также аналого-цифровой преобразователь и процессор, вход управления частотой зондирующего сигнала и выходы гомодинных сигналов приемо-передающего устройства соединены соответственно с аналоговым выходом процессора и входами аналого-цифрового преобразователя, а процессор наделен программами управления частотой приемо-передающего устройства и вычисления скоростей и координат объектов, отличающаяся тем, что в нее введен коррелометр, соединенный шиной данных с аналого-цифровым преобразователем и процессором, причем процессор наделен базой данных или программой формирования базы данных матриц базисных сигналов, номера столбцов первого измерения которых соответствуют множеству средних ожидаемых значений дальности, номера столбцов второго и третьего измерения - множествам средних ожидаемых значений первой и второй угловых координат, а номера строк - множеству средних ожидаемых значений скорости, а коррелометр наделен программой формирования из гомодинного сигнала - сигнала промежуточных частот в виде цифровых фрагментов заданной длительности, а также вычисления из последовательности фрагментов и матриц базисных сигналов последовательности матриц значений функций взаимной корреляции и матрицы корреляционных сигналов, каждый элемент которой представляет собой последовательность соответствующих номеру столбца и строки значений функций взаимной корреляции каждой из последовательности матриц, параметры которых служат для определения скоростей и координат отражающих объектов.

19. Система по п.18, отличающаяся тем, что приемо-передающее устройство содержит формирователь зондирующего сигнала, смеситель и полосовой усилитель, а антенно-фидерное устройство содержит циркулятор и приемо-передающую антенну, причем выход формирователя подключен к микроволновому выходу приемопередающего устройства, вход управления частотой формирователя является входом управления частотой приемо-передающего устройства, первый вход смесителя соединен с микроволновым входом приемо-передающего устройства, второй вход подключен к выходу формирователя, а выход гомодинного сигнала смесителя подключен через полосовой усилитель к выходу гомодинного сигнала приемо-передающего устройства, первое и второе плечи циркулятора являются входом и выходом антенно-фидерного устройства, а третье плечо подключено к приемо-передающей антенне.

20. Система по п.19, отличающаяся тем, что вход управления частотой приемопередающего устройства выполнен двухканальным, а формирователь зондирующего сигнала содержит задающий генератор, два балансных модулятора и сумматор, причем выход задающего генератора соединен с первым входом первого модулятора непосредственно, с входом второго модулятора через фазовращатель, вторые входы модуляторов подключены соответственно к первому и второму каналам входа управления частотой формирователя, а выходы модуляторов через сумматор связаны с выходом формирователя.

21. Система по любому из пп.18-20, отличающаяся тем, что антенно-фидерное устройство дополнительно содержит включенный между третьим плечом циркулятора и приемо-передающей антенной компенсатор с управляемым по фазе коэффициентом отражения, а приемо-передающее устройство - схему управления компенсатором, вход которой соединен с выходом смесителя, а выход схемы управления подключен к входу управления компенсатора.

22. Система по п.21, отличающаяся тем, что приемо-передающее устройство дополнительно содержит детектор, подключенный к микроволновому входу, выход детектора соединен со вторым входом схемы управления, а компенсатор имеет второй вход управления модулем коэффициента отражения, подключенный ко второму выходу схемы управления.

23. Система по п.18, отличающаяся тем, что приемо-передающее устройство выполнено в виде автодинного узла, выход-вход и вход управления частотой которого являются соответственно микроволновым выходом-входом и входом управления частотой приемо-передающего устройства, выход гомодинного сигнала автодинного узла через полосовой усилитель подключен к выходу гомодинного сигнала приемопередающего устройства, а антенно-фидерное устройство выполнено в виде приемопередающей антенны.

24. Система по п.18, отличающаяся тем, что приемо-передающее устройство содержит формирователь зондирующего сигнала и, по крайней мере, два смесителя и два полосовых усилителя, а антенно-фидерное устройство содержит передающую антенну и несколько, по числу смесителей, приемных антенн, подключенных соответственно к микроволновому входу и микроволновым выходам антенно-фидерного устройства, причем выход формирователя зондирующего сигнала подключен к микроволновому выходу приемо-передающего устройства, а вход управления частотой является соответственно входом управления частотой приемо-передающего устройства, первые входы смесителей соединены с микроволновыми входами приемо-передающего устройства, вторые входы соединены с выходом формирователя зондирующего сигнала, а выходы подключены через полосовые усилители к выходам гомодинного сигнала приемо-передающего устройства.

25. Система по п.24, отличающаяся тем, что вход управления частотой приемо-передающего устройства выполнен двухканальным, а формирователь зондирующего сигнала содержит задающий генератор, два балансных модулятора и сумматор, причем выход задающего генератора соединен с первым входом первого модулятора непосредственно, с входом второго модулятора - через фазовращатель, вторые входы модуляторов подключены соответственно к первому и второму каналам входа управления частотой формирователя, а выходы модуляторов через сумматор соединены с выходом формирователя.