RU2133077C1 - Space-time correlator - Google Patents
Space-time correlator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2133077C1 RU2133077C1 RU97111669A RU97111669A RU2133077C1 RU 2133077 C1 RU2133077 C1 RU 2133077C1 RU 97111669 A RU97111669 A RU 97111669A RU 97111669 A RU97111669 A RU 97111669A RU 2133077 C1 RU2133077 C1 RU 2133077C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- inputs
- block
- phase shifters
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области пространственно-временной обработки сигналов в радиотехнических устройствах и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС). The invention relates to the field of spatio-temporal signal processing in radio engineering devices and can be used in radar stations.
Известен пространственно-временной коррелятора [1, рис. 1.2], который для одной координаты содержит n управляемых линий задержки (ЛЗ), (n+1) преобразователей частоты, где n - количество приемных каналов, сумматор и интегратор, вход которого соединен с выходом (n+1)-го преобразователя частоты, первый вход которого соединен с входом опорного сигнала пространственно-временного коррелятора, а второй - с выходом сумматора, i-й вход которого соединен с выходом i-го 
Основным недостатком такого коррелятора является то, что при широкоугольном сканировании управляемые ЛЗ в каждом канале невозможно использовать из-за недопустимого удорожания антенны и конструктивных неудобств, связанных с большой общей длиной переключаемых кабелей. Например, при сканировании в секторе углов θ = 60o максимальная длина переключаемых кабелей лишь незначительно отличается от размера раскрыва антенны [2, с. 68].The main disadvantage of such a correlator is that with wide-angle scanning, controlled LZs in each channel cannot be used due to unacceptable rise in the cost of the antenna and structural inconvenience associated with the large total length of the switched cables. For example, when scanning in the sector of angles θ = 60 o, the maximum length of the switched cables only slightly differs from the size of the aperture of the antenna [2, p. 68].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению относится пространственно-временной коррелятор [3, рис. 1.2], который для одной координаты содержит n регулируемых усилителей с коэффициентом передачи fi(φ), где φ - угол, характеризующий направлении прихода фронта волны полезного сигнала в угломестной или азимутальной плоскости, n смесителей, где n - количество приемных каналов, сумматор, блок фазовращателей, преобразователь частоты и интегратор, вход которого соединен с выходом преобразователя частоты, первый вход которого соединен с входом ожидаемого полезного сигнала пространственно-временного коррелятора, i-й вход принимаемого сигнала которого 
Недостатком данного пространственно-временного коррелятора является то, что при обработке широкополосного сигнала не выполняются условия факторизации его пространственно-временной структуры [4, с. 25-26] и происходит улучшение отношения сигнал-шум на его выходе. The disadvantage of this spatio-temporal correlator is that when processing a broadband signal, the conditions of factorization of its spatio-temporal structure are not satisfied [4, p. 25-26] and there is an improvement in the signal-to-noise ratio at its output.
Целью изобретения является повышение отношения сигнал-шум на выходе пространственно-временного коррелятора при обработке широкополосных сигналов. The aim of the invention is to increase the signal-to-noise ratio at the output of the space-time correlator in the processing of broadband signals.
Поставленная цель достигается тем, что в пространственно-временной коррелятора, содержащий n регулируемых усилителей с коэффициентом передачи fi(φ), где φ - угол, характеризующий направление прихода фронта волны полезного сигнала в угломестной или азимутальной плоскости, n смесителей, где n - количество приемных каналов, блок фазовращателей, преобразователь частоты и интегратор, вход которого соединен с выходом преобразователя частоты, первый вход которого соединен с входом ожидаемого полезного сигнала пространственно-временного коррелятора, i-й вход принимаемого сигнала которого 
Введение в пространственно-временной коррелятор n дисперсионных фазовращателей и блока сумматоров позволяет повысить на его выходе отношение сигнал-шум при обработке широкополосного сигнала. В других технических решениях отсутствуют подобные существенные признаки в их общей совокупности, приводящие к достижению обеспечиваемого технического результата. The introduction of n dispersive phase shifters and a block of adders into the space-time correlator makes it possible to increase the signal-to-noise ratio at its output when processing a broadband signal. Other technical solutions lack such essential features in their totality, leading to the achievement of the technical result.
На фиг. 1 представлена схема пространственно-временного коррелятора, на фиг. 2 - схема блока фазовращателей, на фиг. 3 - схема блока дисперсионных фазовращателей, на фиг. 4 - схема блока сумматоров. In FIG. 1 is a diagram of a space-time correlator; FIG. 2 is a block diagram of the phase shifters, in FIG. 3 is a block diagram of a dispersion phase shifter, FIG. 4 is a block adder circuit diagram.
Пространственно-временной коррелятор фиг. 1 содержит n смесителей 1, n дисперсионных фазовращателей 2, n регулируемых усилителей 3, блок 4 фазовращателей, блок 5 сумматоров, преобразователь 6 частоты и интегратор 7, вход которого соединен с выходом преобразователя 6 частоты, первый вход которого соединен с входом ожидаемого полезного сигнала пространственно-временного коррелятора, i-й вход принимаемого сигнала которого соединен с первым входом i-го смесителя 1i соответственно, второй вход которого соединен с выходом соответствующего i-го регулируемого усилителя 3i, вход которого соединен с соответствующим i-м выходом блока 4 фазовращателей, вход которого соединен с входом управляемых местных гетеродинных напряжений пространственно-временного коррелятора, выход которого соединен с выходом интегратора, выход блока 5 сумматоров соединен с вторым входом преобразователя 6 частоты, i-я группа входов блока 5 сумматоров по m входов в каждой группе соединена с соответствующими выходами соответствующих i-х дисперсионных фазовращателей 2i, входы которых соединены с выходами соответствующих i-х смесителей 1i.The space-time correlator of FIG. 1 contains n
Блок 1 фазовращателей (фиг. 2) содержит n фазовращателей 8, входы которых объединены и соединены с входом блока 4, i-й выход которого соединен с выходом соответствующего i-го фазовращателя 8i.
Блок 2 дисперсионных фазовращателей (фиг. 3) содержит m фазовращателей 10 и m фильтров 9, входы которых объединены и соединены с входом блока 2, j-й выход которого соединен с выходом соответствующего j-го фазовращателя 10j, вход которого соединен с выходом соответствующего j-го фильтра 9j.
Блок 5 сумматоров содержит n m-входовых сумматоров 11 и один n-входовой сумматор 12, i-й вход которого соединен с выходом соответствующего i-го m-входового сумматора 11i, m входов которого соединены с соответствующими m входами блока 2 каждого из n m-входовых сумматоров, выход блока 2 соединен с выходом n-входового сумматора 12.Block 5 adders contains n m-input adders 11 and one n-
Пространственно-временной коррелятор работает следующим образом. The space-time correlator works as follows.
Большинство тактико-технических характеристик РЛС количественно определяется величиной отношения сигнал-шум на входе приемника. Чем больше это отношение, тем выше вероятность правильного обнаружения, точность оценки параметров при измерении и разрешающая способность РЛС [5]. Для улучшения соотношения сигнал-шум необходимо увеличить энергию излучаемого сигнала и применить оптимальную пространственно-временную обработку. При этом наиболее простой является раздельная обработка принимаемых сигналов, выполняемая в два независимых этапа: на первом этапе - пространственная, а на втором - временная обработка. В результате пространственной обработки происходит переход от многих пространственных каналов к одному пространственному каналу, формирование диаграммы направленности антенны с максимумом в направлении, совпадающем к ожидаемому направлению прихода отраженного сигнала. Пространственная обработка позволяет максимизировать отношение сигнал-шум на выходе коррелятора по угловым координатам α и β, а временная обработка - по параметрам τ и fD, где τ - соответствует задержке сигнала, а fD - допплеровская частота. Однако раздельная пространственно-временная обработка возможна только при выполнении условия разделимости [3]
L•Δfc/c ≪ 1, (1)
где L - максимальный размер антенны;
Δfc - ширина спектра принимаемого сигнала;
c - скорость распространения электромагнитных колебаний.Most of the tactical and technical characteristics of the radar are quantified by the magnitude of the signal-to-noise ratio at the receiver input. The larger this ratio, the higher the probability of correct detection, the accuracy of parameter estimation during measurement, and the radar resolution [5]. To improve the signal-to-noise ratio, it is necessary to increase the energy of the emitted signal and apply the optimal spatial-temporal processing. In this case, the simplest is the separate processing of the received signals, performed in two independent stages: at the first stage, spatial, and at the second, temporary processing. As a result of spatial processing, there is a transition from many spatial channels to one spatial channel, the formation of the antenna pattern with a maximum in the direction coinciding with the expected direction of arrival of the reflected signal. Spatial processing allows you to maximize the signal-to-noise ratio at the output of the correlator by the angular coordinates α and β, and temporal processing by the parameters τ and f D , where τ is the signal delay and f D is the Doppler frequency. However, separate spatio-temporal processing is possible only if the separability condition is fulfilled [3]
L • Δf c / c ≪ 1, (1)
where L is the maximum size of the antenna;
Δf c is the width of the spectrum of the received signal;
c is the propagation velocity of electromagnetic waves.
И, если соотношение
можно представить в виде произведения двух функций, одна из которых зависит от α и β а другая - от τ и fD, где n - количество приемных каналов;
Soi(t) - опорный (ожидаемый полезный) сигнал, подаваемый на коррелятор;
Δα, Δβ - угловая расстройка опорного сигнала по отношению направления прихода отраженного сигнала.And if the ratio
can be represented as the product of two functions, one of which depends on α and β and the other on τ and f D , where n is the number of receiving channels;
S oi (t) is the reference (expected useful) signal supplied to the correlator;
Δα, Δβ is the angular detuning of the reference signal with respect to the direction of arrival of the reflected signal.
Пространственная обработка в пространственно-временном корреляторе (фиг. 1) заключается в выравнивании фаз сигналов ri, принимаемых с заданного направления и поступающих на первый вход соответствующих смесителей 1. При обработке узкополосных сигналов временным сдвигом между наиболее удаленными излучателями можно пренебречь, так как время запаздывания сигнала τзап намного меньше величины, обратной ширине спектра Δfc, т.е.The spatial processing in the spatio-temporal correlator (Fig. 1) consists in phase alignment of the signals r i received from a given direction and fed to the first input of the
А выравнивание фаз в этом случае осуществляет путем умножения принимаемого сигнала ri в каждом канале РЛС на соответствующий фазовый множитель Exp{ji, Δφ(α,β)}. Эта операция выполняется в каждом смесителе 1, на вторые входы которых подаются опорные напряжения управляемого местного гетеродина, предварительно пропущенного через фазовращатели 8 (фиг. 2) блока 4 фазовращателей и регулируемые усилители 3 (фиг. 1). Сфазированные входные сигналы можно когерентно суммировать.
And phase alignment in this case is carried out by multiplying the received signal r i in each radar channel by the corresponding phase factor Exp {ji, Δφ (α, β)}. This operation is performed in each
При обработке широкополосного сигнала условие (3) не выполняется, а
За счет неодинакового набега фаз Δφi для различных спектральных составляющих произвольные участки спектра пронимаемого сигнала суммировать когерентно уже невозможно, а набег фаз определяется выражением
Δφi = 2π(f0+Δfi)τзап,
где fo - несущая частота сигнала;
Δfi - участок ширины спектра сигнала, для которого выполняется условие узкополосности.When processing a broadband signal, condition (3) is not satisfied, but
Due to the unequal phase shift Δφ i for various spectral components, it is already impossible to sum coherently arbitrary sections of the spectrum of the permeable signal, and the phase shift is determined by the expression
Δφ i = 2π (f 0 + Δf i ) τ app ,
where f o is the carrier frequency of the signal;
Δf i is the portion of the spectrum width of the signal for which the narrow-band condition is satisfied.
При обработке узкополосного сигнала Δfi стремится к нулю, Δφi = 2πf0τзапi одинаковые для всех излучателей, а принимаемые сигналы суммируются когерентно.When processing a narrowband signal, Δf i tends to zero, Δφ i = 2πf 0 τi are the same for all emitters, and the received signals are summed coherently.
Однако, если широкополосный сигнал, принимаемый от каждого излучателя, разделить на m участков
где 
то можно сфазированные на каждом участке сигналы когерентно суммировать.However, if the broadband signal received from each emitter is divided into m sections
Where
then the phased signals in each section can be coherently summed.
Разделение широкополосного сигнала на m участков осуществляется с помощью введенных блоков 2 дисперсионных фазовращателей (фиг. 3), сигналы на входы которых поступают с соответствующих смесителей 1 (фиг. 1). В блоках 2 дисперсионных фазовращателей фаза φ(t) сигнала изменяется в зависимости от частоты принимаемого сигнала по следующему закону
φ(t) = 2πfτзап,
где f - спектральная составляющая принимаемого сигнала.The separation of the broadband signal into m sections is carried out using the introduced
φ (t) = 2πfτ zap,
where f is the spectral component of the received signal.
Для разделения широкополосного сигнала на m участков полоса пропускания каждого из m фильтров блока 2 дисперсионных фазовращателей (фиг. 3) определяется условием (3) узкополосности каждого участка. На выходе каждого блока 2 дисперсионных фазовращателей фаза принимаемого сигнала изменяется таким образом, что все спектральные составляющие широкополосного сигнала, поступающие на n групп входов m входов в каждой группе блока 5 сумматоров, суммируются когерентно. To divide the broadband signal into m sections, the passband of each of the m filters of the dispersion phase shifter unit 2 (Fig. 3) is determined by the condition (3) of the narrowband of each section. At the output of each
С выходов блока 5 сумматоров (фиг. 1) сигнал поступает на второй вход преобразователя 6 частоты, на первый вход которого поступает ожидаемый полезный сигнал, а с его выхода - на вход интегратора 7. С помощью преобразователя частоты 6 и интегратора 7 производится временная обработка принимаемых сигналов, которая заключается в вычислении корреляционного интегратора произведения сумма сфазированного входного сигнала и ожидаемого полезного сигнала. При этом в предлагаемом пространственно-временном корреляторе осуществлена оптимальная обработка сигналов, а, следовательно, повышается отношение сигнал-шум на его выходе. From the outputs of block 5 adders (Fig. 1) the signal is fed to the second input of the frequency converter 6, the first input of which receives the expected useful signal, and from its output to the input of the integrator 7. Using the frequency converter 6 and integrator 7, the received signals are temporarily processed signals, which consists in calculating the correlation integrator of the product, the sum of the phased input signal and the expected useful signal. Moreover, in the proposed space-time correlator, optimal signal processing is carried out, and, therefore, the signal-to-noise ratio at its output is increased.
Для независимого управления по обеим угловым координатам к каждому смесителю коррелятора нужно подвести гетеродинное напряжение, прошедшее через две секции фазовращателей. Однако можно ставить один фазовращатель, но закон управления им усложняется. For independent control in both angular coordinates, a heterodyne voltage passed through two sections of phase shifters must be connected to each correlator mixer. However, you can set one phase shifter, but the law of control is complicated.
Таким образом, за счет введения в пространственно-временной коррелятор m блоков дисперсионных фазовращателей и блока сумматоров производится дополнительное выравнивание фаз широкополосного сигнала и, как следствие, значительно повышается отношение сигнал-шум при обработке принимаемых широкополосных сигналов. Thus, by introducing into the space-time correlator m blocks of dispersive phase shifters and an adder block, the phase alignment of the broadband signal is additionally performed and, as a result, the signal-to-noise ratio is significantly increased when processing the received broadband signals.
Литература
1. Адаптивные, радиотехнические системы с антенными решетками/ Журавлев А. К. , Хлебников В.А., Родимов А.П. и др. -Л.: Издательство Ленинградского университета, 1991. - 554 с.Literature
1. Adaptive radio systems with antenna arrays / Zhuravlev A. K., Khlebnikov V. A., Rodimov A. P. et al. -L.: Publishing House of the Leningrad University, 1991. - 554 p.
2. В. С. Филлипов, Л.И.Пономарев, А.Ю.Гринев и др. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток/ Учеб. пособие. -М.: Радио и связь, 1994. - 592 с. 2. V. S. Fillipov, L. I. Ponomarev, A. Yu. Grinev and others. Antennas and microwave devices. Design of phased antenna arrays / Textbook. allowance. -M .: Radio and communications, 1994 .-- 592 p.
3. Обработка сигналов в многоканальных РЛС/ А.П.Лукошкин, С.С.Каринский, А. А.Шаталов и др.; Под ред. А.П.Лукошкина. - М.: Радио и связь, 1983. - 328 с. 3. Signal processing in multichannel radar / A.P. Lukoshkin, S. S. Karinsky, A. A. Shatalov and others; Ed. A.P. Lukoškina. - M .: Radio and communications, 1983. - 328 p.
4. Обработка сигналов в радиотехнических системах: Учеб. пособие/ А.Д. Далматов, А.А.Елисеев, А.П.Лукошкин, А.А.Оводенко, Б.В.Устинов; Под ред. А. П.Лукошкина. -Л.: Издательство Ленинградского университета, 1987. - 400 с. 4. Signal processing in radio systems: Textbook. allowance / A.D. Dalmatov, A.A. Eliseev, A.P. Lukoshkin, A.A. Ovodenko, B.V. Ustinov; Ed. A.P. Lukoškina. -L .: Publishing house of the Leningrad University, 1987. - 400 p.
5. Теоретические основы радиолокации: Учебн. пособие для вузов/ А.А. Коростелев, Н.Ф.Клюев, Ю.А.Мельник и др.; Под ред. В.Е.Дулевича. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Сов. радио, 1978. - 608 с. 5. Theoretical foundations of radar: Textbook. manual for universities / A.A. Korostelev, N.F. Klyuev, Yu.A. Melnik and others; Ed. V.E.Dulevich. - 2nd ed., Revised. and add. -M .: Sov. Radio, 1978.- 608 p.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97111669A RU2133077C1 (en) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Space-time correlator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97111669A RU2133077C1 (en) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Space-time correlator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97111669A RU97111669A (en) | 1999-06-20 |
| RU2133077C1 true RU2133077C1 (en) | 1999-07-10 |
Family
ID=20195139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97111669A RU2133077C1 (en) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Space-time correlator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2133077C1 (en) |
-
1997
- 1997-07-10 RU RU97111669A patent/RU2133077C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Обработка сигналов в радиотехнических системах: Учебное пособие/А.Д.Далматов, А.А.Елисеев, А.П.Лукошкин, А.А.Оводенко, Б.В.Устинов / Под ред.А.П.Лукошкина, - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1987, рис.1, 2. Теоретические основы радиолокации: Учебн.пособие для вузов/А.А.Коростелев, Н.Ф.Мельник и др. / Под ред.В.Е.Дулевича, 2-е изд, перераб. и доп. -М.: Сов.радио, 1978, с.136 - 145, рис.4.6(а,б). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3498624B2 (en) | Radar equipment | |
| US8730095B1 (en) | Super-angular and range-resolution with phased array antenna and multifrequency dither | |
| JP7224174B2 (en) | Electronic device and radar control method | |
| JP5190466B2 (en) | Phase shifting and coupling architecture for phased arrays | |
| US5677696A (en) | Method and apparatus for remotely calibrating a phased array system used for satellite communication using a unitary transform encoder | |
| US4652879A (en) | Phased array antenna system to produce wide-open coverage of a wide angular sector with high directive gain and strong capability to resolve multiple signals | |
| US20200195327A1 (en) | Method, System and Apparatus for Beam Forming in a Radio Frequency Transceiver with Reduced Complexity | |
| US9213095B2 (en) | Combined direction finder and radar system, method and computer program product | |
| US6859168B2 (en) | Radar apparatus | |
| US5493306A (en) | Phased array antenna system to produce wide-open coverage of a wide angular section with high directive gain and moderate capability to resolve multiple signals | |
| JPH11133142A (en) | Fm-cw radar | |
| EP3427338A1 (en) | Correlated fanbeam extruder | |
| US5926135A (en) | Steerable nulling of wideband interference signals | |
| EP0752736B1 (en) | A method and apparatus for remotely calibrating a phased array system used for satellite communication | |
| US5430453A (en) | Cylindrical phased array antenna system to produce wide-open coverage of a wide angular sector with high directive gain and moderate capability to resolve multiple signals | |
| US5087917A (en) | Radar system | |
| Wang et al. | Optimum sparse array design for multiple beamformers with common receiver | |
| US6906665B1 (en) | Cluster beam-forming system and method | |
| US7928894B1 (en) | Phased array radar with mutually orthogonal coding of transmitted and received V and H components | |
| US5228006A (en) | High resolution beam former apparatus | |
| JP7514718B2 (en) | Radar Equipment | |
| CN110635248B (en) | Phased array direction-finding antenna based on periodic phase modulation and application method thereof | |
| RU2133077C1 (en) | Space-time correlator | |
| US5252983A (en) | Method for reducing side lobes in antenna patterns | |
| CA1159934A (en) | Cancellation of group delay error by dual speed of rotation |