RU2190239C1 - Method and device measuring polarization scattering matrix of object - Google Patents
Method and device measuring polarization scattering matrix of object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2190239C1 RU2190239C1 RU2001119782/09A RU2001119782A RU2190239C1 RU 2190239 C1 RU2190239 C1 RU 2190239C1 RU 2001119782/09 A RU2001119782/09 A RU 2001119782/09A RU 2001119782 A RU2001119782 A RU 2001119782A RU 2190239 C1 RU2190239 C1 RU 2190239C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- inputs
- radio signals
- polarization
- orthogonal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в оптической локации, а также в оптической и радионавигации. The present invention relates to the field of radar and can be used in optical location, as well as in optical and radio navigation.
Известен способ измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта (ПМР), заключающийся в том, что одновременно излучают на ортогональных поляризациях одинаковые по структуре радиосигналы на разных несущих частотах, принимают соответствующие излученным ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, одинаковые по поляризации составляющие отраженных радиосигналов, принятые каждым приемным каналом, разделяют за счет использования фильтров, настроенных на частоты, соответствующие частотам излученных сигналов, измеряют амплитуды и фазы каждой из выделенных ортогонально поляризованных составляющих отраженных сигналов и получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение ПМР объекта [1, 2, 3]. A known method of measuring the polarization matrix of the scattering of the object (PMR), which consists in the fact that at the same time orthogonal polarizations emit identical radio signals in different carrier frequencies, receive the corresponding radiated orthogonally polarized components of the reflected radio signals from the object, the same polarized components of the reflected radio signals received by each receiving channel, shared by the use of filters tuned to frequencies corresponding to the frequencies emitted signals, measure the amplitudes and phases of each of the selected orthogonally polarized components of the reflected signals and get a set of measurement results that determines the measured value of the PMR of the object [1, 2, 3].
Здесь и далее полагается, что структура радиосигнала определяется видом и параметрами его модуляции, т. е. следует понимать, что одинаковые по структуре радиосигналы имеют одинаковые параметры заданного вида модуляции. Hereinafter, it is assumed that the structure of the radio signal is determined by the type and parameters of its modulation, that is, it should be understood that identical in structure radio signals have the same parameters of a given type of modulation.
К недостаткам известного способа относится методическая погрешность, которая предопределяет низкую точность измерения ПМР объектов. Известно [1, 2, 3] , что ПМР объектов существенно зависят от частоты. Поэтому измерение амплитуд и фаз ортогональных по поляризации составляющих отраженных от объекта радиосигналов, соответствующих элементам одного столбца ПМР объекта, на одной частоте, а амплитуд и фаз ортогональных по поляризации составляющих отраженных от объекта радиосигналов, соответствующих элементам другого - на другой частоте, неизбежно приведет к ошибкам измерения ПМР в целом. Покажем это на конкретном примере. The disadvantages of this method include the methodological error, which determines the low accuracy of the measurement of PMR objects. It is known [1, 2, 3] that the PMR of objects substantially depends on the frequency. Therefore, the measurement of the amplitudes and phases of the polarized orthogonal components of the radio signals reflected from the object, corresponding to the elements of one PMR column of the object, at one frequency, and the amplitudes and phases of the polarized orthogonal components of the polarized signals reflected from the object, corresponding to the elements of the other at the other frequency, will inevitably lead to errors PMR measurements in general. We show this with a concrete example.
Известно, что нормированная диаграмма обратного вторичного излучения объекта, состоящего из двух "блестящих точек", определяется формулой
где L - расстояние между точками, θ - угол между направлением на источник излучения и нормалью к линии, соединяющей "блестящие точки".It is known that the normalized diagram of the reverse secondary radiation of an object consisting of two "brilliant points" is determined by the formula
where L is the distance between the points, θ is the angle between the direction to the radiation source and the normal to the line connecting the "shiny points".
Рассчеты по этой формуле показывают, что при расстоянии между "блестящими точками", равном 15 м, ошибка в измерении амплитуды отраженного радиосигнала за счет разности между частотами облучения f1=3 ГГц и f2=3,003 ГГц может достигать (в зависимости от угла θ) 100% от измеряемой величины. Аналогично можно показать, что ошибки измерения фаз элементов ПМР на разных частотах также определяются методом измерения при прочих равных условиях.Calculations using this formula show that when the distance between the “brilliant points” is 15 m, the error in measuring the amplitude of the reflected radio signal due to the difference between the irradiation frequencies f 1 = 3 GHz and f 2 = 3,003 GHz can reach (depending on the angle θ ) 100% of the measured value. Similarly, it can be shown that the measurement errors of the phases of the PMR elements at different frequencies are also determined by the measurement method, ceteris paribus.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ измерения ПМР объекта, заключающийся в том, что последовательно, через период зондирования, излучают на ортогональных поляризациях на одной несущей частоте одинаковые по структуре радиосигналы, запоминают значения начальных фаз излученных радиосигналов, после каждого излучения одновременно принимают обе ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, измеряют их амплитуды и фазы, из значений последних вычитают значение начальной фазы соответствующего излученного радиосигнала, исключают задержку по времени измерения параметров, которая обусловлена разным временем излучения радиосигналов на разных поляризациях, и за два последовательных излучения радиосигналов (через период зондирования) на разных поляризациях получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение ПМР объекта [1, 2]. Closest to the proposed technical solution, selected as a prototype, is a method for measuring the PMR of an object, which consists in the fact that sequentially, after a sounding period, the same structure of the radio signals are radiated at orthogonal polarizations on the same carrier frequency, the values of the initial phases of the emitted radio signals are stored, after of each radiation simultaneously receive both orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object, measure their amplitudes and phases, from the values of the last x subtract the value of the initial phase of the corresponding emitted radio signal, exclude the delay in the time of measurement of the parameters, which is due to the different time of emission of the radio signals at different polarizations, and for two consecutive emissions of radio signals (through the probe period) at different polarizations, a set of measurement results is obtained that determines the measured PMR value object [1, 2].
Недостатком известного способа является методическая погрешность, обусловливающая низкую точность измерения ПМР объектов с не постоянной в пространстве и во времени отражающей способностью. Непостоянство отражающей способности в пространстве характерно для любых форм реальных объектов кроме сферической. Поэтому отражающая способность объекта может изменяться во времени за счет изменения ориентации объекта относительно радиолокатора, а также за счет изменения формы и размеров объекта или за счет применения специальных мер. При последовательном во времени способе измерения ПМР таких объектов амплитуды и фазы ортогональных по поляризации составляющих отраженных радиосигналов, соответствующие элементам одного столбца этой матрицы, будут измерены в один момент времени, а амплитуды и фазы ортогональных по поляризации составляющих отраженных радиосигналов, соответствующие элементам другого - в другой. Поскольку отражающая способность объекта изменяется за время между измерениями, то величины ошибок измерений в первом приближении будут пропорциональны интервалу времени, необходимому для осуществления измерений всех элементов ПМР, т.е. величине периода зондирования, и скорости изменения отражающей способности объекта. The disadvantage of this method is the methodological error, which determines the low accuracy of measuring the PMR of objects with a constant reflectance in space and time. The inconstancy of reflectivity in space is characteristic of all forms of real objects except spherical. Therefore, the reflectivity of an object can change over time by changing the orientation of the object relative to the radar, as well as by changing the shape and size of the object or by applying special measures. In a time-consistent way of measuring the PMR of such objects, the amplitudes and phases of the components of the reflected radio signals orthogonal in polarization corresponding to the elements of one column of this matrix will be measured at one time moment, and the amplitudes and phases of the components of the reflected radio signals orthogonal in polarization corresponding to the elements of the other in another . Since the reflectivity of an object changes during the time between measurements, the values of the measurement errors in the first approximation will be proportional to the time interval necessary for performing measurements of all the PMR elements, i.e. the value of the sounding period, and the rate of change of the reflectivity of the object.
Для измерения ПМР объекта, последний необходимо облучить радиосигналами ортогональных поляризаций, чтобы получить четыре ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, определяющие ПМР. Одновременно излучать два одинаковых по структуре радиосигнала на ортогональных поляризациях не имеет смысла, т.к. одинаковые по поляризации и по структуре ортогонально поляризованные составляющие отраженнных радиосигналов, соответствующие каждому из излученных, в приемном канале соответствующей поляризации просуммируются и потом разделить их будет невозможно из-за отсутствия существенных различий. Поэтому в способе-прототипе одинаковые по структуре радиосигналы излучают через период. При этом уменьшить время измерения ПМР принципиально возможно за счет уменьшения периода зондирования. Однако период зондирования определяется требуемой дальностью обнаружения РЛС и потому возможности его уменьшения существенно ограничены. Время измерения ПМР объекта, равное периоду зондирования, является большим и это большое время - представляет собой самостоятельный недостаток известного способа. To measure the PMR of an object, the latter must be irradiated with orthogonal polarization radio signals to obtain four orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object that determine the PMR. At the same time, it makes no sense to radiate two identical radio signals in orthogonal polarizations, because the orthogonally polarized components of the reflected radio signals that are identical in polarization and in structure, corresponding to each of the emitted ones, are summed in the receiving channel of the corresponding polarization and then it will be impossible to separate them due to the absence of significant differences. Therefore, in the prototype method, the same structure of the radio signals emit after a period. At the same time, it is fundamentally possible to reduce the time of measurement of PMR by reducing the probing period. However, the sounding period is determined by the required radar detection range, and therefore the possibilities for reducing it are significantly limited. The measurement time of the PMR of the object, equal to the sensing period, is long and this long time is an independent disadvantage of the known method.
Известно устройство измерения ПМР объекта, включающее двухканальную по поляризации антенну, два переключателя прием-передача (ППП), два передатчика, работающих на достаточно близких частотах, два генератора высокочастотных колебаний (ГВЧК), четыре частотных фильтра (ЧФ), четыре смесителя, четыре усилителя напряжения промежуточной частоты (УПЧ) и четыре амплитудных детектора (АД), два блока измерения разности фаз (БИФ), три сумматора и синхронизатор, выход синхронизатора подключен ко входам передатчиков, выходы которых через ППП подключены к соответствующим входам двухканальной по поляризации антенны, второй выход одного ППП подключен ко входам первого и третьего ЧФ, а другого ППП - ко входам второго и четвертого ЧФ, выход первого ЧФ через последовательно соединенные первый смеситель и первый УПЧ подключен к первому АД, выход второго ЧФ через второй смеситель и второй УПЧ подключен ко второму АД, выход третьего ЧФ через третий смеситель и третий УПЧ подключен к третьему АД, выход четвертого ЧФ через четвертый смеситель и четвертый УПЧ подключен к четвертому АД, выход первого ГВЧК подключен ко входам первого и второго смесителей, а выход второго ГВЧК подключен ко входам третьего и четвертого смесителей, выходы первого и второго УПЧ подключены к соответствующим входам первого БИФ, а выходы третьего и четвертого УПЧ подключены ко входам второго БИФ, выходы первого и второго АД подключены через первый сумматор, а выходы третьего и четвертого АД - через второй сумматор подключены ко входам третьего сумматора, выходы первого и второго БИФ, АД четырех приемных каналов и третьего сумматора являются выходами устройства [2, 3]. A device for measuring the PMR of an object is known, including a two-channel polarized antenna, two receive-transmit (PPP) switches, two transmitters operating at fairly close frequencies, two high-frequency oscillation generators (GHF), four frequency filters (BF), four mixers, four amplifiers intermediate frequency voltage (IFA) and four amplitude detectors (AM), two phase difference measurement units (BIF), three adders and a synchronizer, the output of the synchronizer is connected to the inputs of the transmitters, the outputs of which are connected through the SPT to the corresponding inputs of a two-channel polarized antenna, the second output of one IFP is connected to the inputs of the first and third BF, and the other IFP is connected to the inputs of the second and fourth BF, the output of the first BF through the first mixer and the first IF is connected in series to the first HELL, the output of the second BF through the second mixer and the second amplifier is connected to the second HELL, the output of the third HF through the third mixer and the third amplifier is connected to the third HELL, the output of the fourth HF through the fourth mixer and the fourth amplifier is connected to the fourth HELL, the output of the first GVCHK is connected to the inputs of the first and second mixers, and the output of the second GVChK is connected to the inputs of the third and fourth mixers, the outputs of the first and second UPC are connected to the corresponding inputs of the first BIF, and the outputs of the third and fourth UCH are connected to the inputs of the second BIF, the outputs of the first and second HELL connected through the first adder, and the outputs of the third and fourth HELL - through the second adder connected to the inputs of the third adder, the outputs of the first and second BIF, the AD of the four receiving channels and the third adder are the outputs of the devices wa [2, 3].
Недостатком этого устройства является низкая точность измерения ПМР объектов, т.к. амплитуды и фазы ортогонально поляризованных компонентов отраженных от объектов радиосигналов, соответствующие элементам одного столбца ПМР измеряют на одной частоте, а другого - на другой частоте. The disadvantage of this device is the low accuracy of the PMR measurement of objects, because the amplitudes and phases of the orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the objects, corresponding to the elements of one PMR column, are measured at one frequency and the other at another frequency.
Способ, выбранный в качестве прототипа, может быть осуществлен с помощью устройства измерения ПМР объекта, которое выбрано в качестве прототипа для предлагаемого устройства, включающего: двухканальную по поляризации антенну, два ППП, коммутатор каналов (КК), передатчик, гетеродин, два когерентных гетеродина (КГ), два смесителя, два УПЧ, два синхронных детектора (СД), четыре БИФ, три линии постоянной задержки (ЛПЗ), одну линию переменной задержки, один блок задержки сигнала на время Δτ с сохранением фазы, четыре АД, три сумматора, две схемы деления, синхронизатор, причем первый выход синхронизатора через параллельно соединенные ключ и первую ЛПЗ подключен к первым входам передатчика и КК, выход передатчика подключен ко второму входу КК, первый и второй выходы которого через ППП подключены к соответствующим входам двухканальной по поляризации антенны, а также ко входам соответствующих КГ, выходы которых подключены к соответствующим входам первого БИФ, вторые выходы ППП подключены к первым входам первого и второго смесителей соответственно, а вторые входы смесителей подключены к соответствующим выходам гетеродина, выходы первого и второго смесителей через соответствующие УПЧ подключены к первым входам первого и второго СД, второй выход синхронизатора подключен ко входу линии переменной задержки, выход которой подключен ко второму входу первого СД непосредственно, а ко второму входу второго СД подключен через третью ЛПЗ, вход и выход которой соединены через ключ, выход первого СД подключен ко входам первого АД и блока задержки на Δτ с сохранением фазы, а также к первому входу второго БИФ, выход второго СД подключен ко вторым входам второго и четвертого БИФ и ко входам второго и четвертого АД, выход блока задержки сигнала на Δτ с сохранением фазы подключен ко входу третьего АД и к первому входу четвертого БИФ, первые выходы первого и второго АД подключены к соответствующим входам первого сумматора, выход которого через третью ЛПЗ подключен к первому входу третьего сумматора, вторые выходы первого и второго АД подключены к соответствующим входам первой схемы деления, первые выходы третьего и четвертого АД подключены к соответствующим входам второго сумматора, выход которого подключен ко второму входу третьего сумматора, вторые выходы третьего и четвертого АД подключены к первому и второму входам второй схемы деления соответственно, выход первого БИФ и первый выход четвертого БИФ подключены к соответствующим входам третьего БИФ, выходы второго, третьего и четвертого БИФ, первого АД, первой и второй схем деления и третьего сумматора являются выходами устройства [2, 3]. The method selected as a prototype can be carried out using a device for measuring the PMR of an object, which is selected as a prototype for the proposed device, including: a two-channel polarized antenna, two IFP, a channel switch (CC), a transmitter, a local oscillator, two coherent local oscillators ( KG), two mixers, two amplifiers, two synchronous detectors (LEDs), four beams, three lines of constant delay (LPS), one line of variable delay, one block of signal delay for a time Δτ with phase preservation, four BPs, three adders, two circuit case a synchronizer, the first output of the synchronizer through a parallel-connected key and the first LPS connected to the first inputs of the transmitter and KK, the output of the transmitter connected to the second input of the KK, the first and second outputs of which through the SPT are connected to the corresponding inputs of the two-channel polarized antenna, and also the inputs of the corresponding KG, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the first BIF, the second outputs of the SPT are connected to the first inputs of the first and second mixers, respectively, and the second inputs of the mixers are connected to the corresponding outputs of the local oscillator, the outputs of the first and second mixers are connected through the corresponding IFs to the first inputs of the first and second LEDs, the second output of the synchronizer is connected to the input of the variable delay line, the output of which is connected directly to the second input of the first LED, and connected to the second input of the second LED through the third LPS, the input and output of which are connected via a key, the output of the first LED is connected to the inputs of the first HELL and the delay unit at Δτ while maintaining the phase, as well as to the first input of the second BIF, the output of the second LED is connected to the second inputs of the second and fourth BIF and to the inputs of the second and fourth BP, the output of the signal delay unit at Δτ with phase preservation is connected to the input of the third BP and to the first input of the fourth BIF, the first outputs of the first and second BP are connected to the corresponding inputs of the first adder, the output of which through the third LPS is connected to the first input of the third adder, the second outputs of the first and second BP are connected to the corresponding inputs of the first division circuit, the first outputs of the third and fourth BP are connected to the corresponding inputs of the second about the adder, the output of which is connected to the second input of the third adder, the second outputs of the third and fourth BP are connected to the first and second inputs of the second division circuit, respectively, the output of the first BIF and the first output of the fourth BIF are connected to the corresponding inputs of the third BIF, the outputs of the second, third and fourth BIF, the first blood pressure, the first and second division schemes and the third adder are the outputs of the device [2, 3].
Недостатком этого устройства является низкая точность измерения ПМР объектов из-за того, что амплитуды и фазы радиосигналов, соответствующие элементам одного столбца этой матрицы, измеряют в один момент времени, а амплитуды и фазы радиосигналов, соответствующие элементам другого столбца - через большой промежуток времени, равный периоду зондирования. The disadvantage of this device is the low accuracy of measurement of the PMR of objects due to the fact that the amplitudes and phases of the radio signals corresponding to the elements of one column of this matrix are measured at one time, and the amplitudes and phases of the radio signals corresponding to the elements of another column after a large period of time equal to sounding period.
В основу изобретений положена задача создать способ и устройство для измерения ПМР объекта путем излучения в каждом периоде зондирования двух, сдвинутых во времени, ортогональных по структуре радиосигналов на соответствующих ортогональных поляризациях и на одной несущей частоте, позволяющий уменьшить время измерений, а также уменьшить, зависящую от них, методическую погрешность известного способа и тем самым повысить точность измерения ПМР объекта. The inventions are based on the task of creating a method and apparatus for measuring the PMR of an object by emitting in each period of sounding two time-shifted orthogonal structures of the radio signals at the corresponding orthogonal polarizations and at one carrier frequency, which makes it possible to reduce the measurement time, and also to reduce, depending on them, the methodological error of the known method and thereby increase the accuracy of the measurement of the PMR of the object.
Для решения поставленной задачи в способе измерения ПМР объекта, заключающемся в том, что последовательно, через период зондирования излучают на ортогональных поляризациях на одной несущей частоте радиосигналы, запоминают начальные фазы излученных радиосигналов, принимают ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, измеряют параметры радиосигналов, которые характеризуют поляризационную матрицу рассеяния объекта, исключают задержку по времени измерения параметров, которая обусловлена разным временем излучения радиосигналов на разных поляризациях, и получают совокупность результатов, которая определяет измеренное значение поляризационной матрицы рассеяния объекта, согласно изобретению в каждом периоде зондирования излучают два сдвинутых во времени, ортогональных по структуре радиосигнала на соответствующих ортогональных поляризациях, выходные радиосигналы каждого, соответствующего по поляризации канала приемника подают на входы двух корреляторов, в качестве опорных напряжений на которые подают соответствующие излученным ортогональные по структуре радиосигналы, задержанные относительно излученных на время задержки отраженных сигналов, измеряют параметры выходного сигнала каждого коррелятора, определяющие соответствующий элемент поляризационной матрицы рассеяния объекта. To solve the problem in the method of measuring the PMR of an object, which consists in the fact that sequentially, after a sounding period, the radio signals are radiated on orthogonal polarizations on one carrier frequency, the initial phases of the emitted radio signals are stored, the orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object are received, and the radio signal parameters are measured, which characterize the polarization matrix of the scattering of the object, exclude the time delay of the measurement of parameters, which is due to different times by emitting radio signals at different polarizations, and get a set of results that determines the measured value of the object’s polarization scattering matrix, according to the invention, two time-shifted orthogonal structures of the radio signal at the corresponding orthogonal polarizations are emitted in each sounding period, the output radio signals of each channel corresponding to the polarization the receiver is fed to the inputs of two correlators, as reference voltages to which the corresponding radiated m orthogonal structure on the radio signals emitted on delayed relative time delays of reflected signals measured output parameters of each correlator determining a corresponding polarization element of the scattering matrix of the object.
Здесь и далее под параметрами выходного сигнала коррелятора, определяющими соответствующий элемент ПМР, имеются в виду либо амплитуда и фаза выходного сигнала коррелятора, либо квадратурные составляющие этого сигнала в зависимости от того, что удобнее использовать в конкретном техническом решении. Hereinafter, by the correlator output signal parameters defining the corresponding PMR element, we mean either the amplitude and phase of the correlator output signal, or the quadrature components of this signal, depending on which is more convenient to use in a particular technical solution.
Сущность предложенного способа заключается в следующем. The essence of the proposed method is as follows.
В каждом периоде зондирования объект облучают двумя, сдвинутыми по времени, ортогональными по структуре радиосигналами на соответствующих ортогональных поляризациях и на одной несущей частоте. Запоминают начальные фазы излученных радиосигналов. Принимают все (четыре) ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов двумя, соответствующими по поляризации, каналами приемника. Для разделения ортогональных по структуре одинаково поляризованных составляющих отраженных радиосигналов, принятых соответствующим по поляризации каналом приемника, выходной радиосигнал каждого канала приемника подают на входы двух корреляторов, в качестве опорных напряжений на которые подают соответствующие излученным ортогональные по структуре радиосигналы, задержанные относительно излученных на время задержки соответствующих отраженных сигналов. Из фазы выходного радиосигнала каждого вычитают запомненное значение начальной фазы соответствующего излученного радиосигнала. Измеряют параметры выходного сигнала каждого коррелятора, определяющие соответствующий элемент поляризационной матрицы рассеяния объекта. Исключают задержку по времени измерения параметров, которая обусловлена разным временем излучения радиосигналов на разных поляризациях, и получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение ПМР объекта. In each sounding period, the object is irradiated with two time-shifted orthogonal in structure radio signals at the corresponding orthogonal polarizations and at one carrier frequency. The initial phases of the emitted radio signals are stored. All (four) orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object are received by two receiver channels corresponding in polarization. In order to separate equally polarized orthogonal in structure components of the reflected radio signals received by the receiver channel corresponding in polarization, the output radio signal of each receiver channel is fed to the inputs of two correlators, the reference voltages to which are supplied the corresponding radiated orthogonal in structure radio signals delayed relative to the corresponding reflected signals. The stored value of the initial phase of the corresponding emitted radio signal is subtracted from the phase of the output radio signal of each. The parameters of the output signal of each correlator, which determine the corresponding element of the polarization matrix of the scattering of the object, are measured. Eliminate the time delay in the measurement of parameters, which is due to different times of radiation of radio signals at different polarizations, and get a set of measurement results that determines the measured value of the PMR of the object.
Предлагаемый способ в сравнении с прототипом обладает следующими техническими преимуществами. В десятки и сотни раз может быть уменьшено время измерения ПМР по сравнению со временем измерения в способе-прототипе и, примерно пропорционально могут быть уменьшены ошибки измерения элементов ПМР. The proposed method in comparison with the prototype has the following technical advantages. Tens and hundreds of times can be reduced the time of measurement of PMR compared with the time of measurement in the prototype method and, approximately proportionally, the errors of measurement of the elements of PMR can be reduced.
При последовательном излучении в каждом периоде зондирования двух, сдвинутых по времени, ортогональных по поляризации и по структуре радиосигналов время измерения ПМР ограничивается удвоенным значением длительности зондирующего импульса РЛС и временем переключения каналов двухканальной по поляризации антенны РЛС при излучении или временем восстановления чувствительности приемников (в зависимости от того, что больше). Если полагать время коммутации каналов антенны, равным длительности зондирующего импульса, то выигрыш во времени измерения ПМР при использовании предложенного способа будет определяться выражением В= Т/3τ, где Т - период зондирования, а τ - длительность зондирующего импульса. In the case of sequential radiation in each sensing period of two time-shifted orthogonal polarizations and the structure of the radio signals, the PMR measurement time is limited to twice the duration of the radar probe pulse and the channel switching time of the two-channel radar antenna polarized during radiation or the receiver sensitivity recovery time (depending on what is more). If we assume that the switching time of the antenna channels is equal to the duration of the probe pulse, then the gain in the time of PMR measurement using the proposed method will be determined by the expression B = T / 3τ, where T is the probe period and τ is the probe pulse duration.
Для РЛС с дальностью обнаружения, например, 300 км выигрыш во времени измерения ПМР может составить сотни раз. Кроме того, если полагать, что ошибки измерения ПМР зависят от времени измерения линейно, то при использовании предлагаемого способа ошибки измерения ПМР, в первом приближении, можно считать обратно пропорциональными выигрышу во времени. For radars with a detection range of, for example, 300 km, the gain in time of the PMR measurement can be hundreds of times. In addition, if we assume that the PMR measurement errors depend linearly on the measurement time, then when using the proposed method, the PMR measurement errors, in a first approximation, can be considered inversely proportional to the gain in time.
Предлагаемый способ может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого приведена на чертеже. The proposed method can be implemented, for example, using a device, a structural diagram of which is shown in the drawing.
Предлагаемое устройство содержит: двухканальную по поляризации антенну 1, два переключателя прием-передача (ППП) 2 и 3; коммутатор каналов (КК) 4; передатчик 5; формирователь ортогональных сигналов (ФОС) 6; задающий генератор 7; гетеродин 8; синхронизатор 9; два смесителя 10 и 11; два усилителя напряжений промежуточной частоты (УПЧ) 12 и 13; четыре блока корреляторов (БК) 14, 15, 16, 17; аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 18. The proposed device contains: two-channel polarization antenna 1, two transmit-receive (PPP) switches 2 and 3; channel switch (QC) 4; transmitter 5; orthogonal signal shaper (FOS) 6; master oscillator 7; heterodyne 8; synchronizer 9; two mixers 10 and 11; two intermediate frequency voltage amplifiers (IFA) 12 and 13; four blocks of correlators (BC) 14, 15, 16, 17; analog-to-digital converter (ADC) 18.
Каждый БК состоит из двух корреляторов, на сигнальные входы которых подается один и тот же радиосигнал, а опорное напряжение подается на вход одного непосредственно, а на вход другого - со сдвигом фаз на 90 градусов относительно первого. Остальные элементы, входящие в устройство, являются известными. Each BC consists of two correlators, the signal inputs of which supply the same radio signal, and the reference voltage is applied to the input of one directly, and to the input of the other with a phase shift of 90 degrees relative to the first. The remaining elements included in the device are known.
Первый выход синхронизатора 9 подключен к первым входам передатчика 5 и КК 4, а также к первому входу ФОС 6. Ко второму входу передатчика 5 подключен первый выход гетеродина 8. К третьему входу передатчика 5 подключен первый выход ФОС 6, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора 7. Выход передатчика 5 подключен ко второму входу КК 4, первый и второй выходы которого через соответствующие ППП 2 и 3 подключены к первому и второму входам двухканальной по поляризации антенны 1. Вторые выходы ППП 2 и 3 подключены к первым входам смесителей 10 и 11 соответственно. Второй выход гетеродина 8 подключен ко вторым входам смесителей 10 и 11. Выход смесителя 10 через УПЧ 12 подключен к первым входам БК 14 и 15. Выход смесителя 11 через УПЧ 13 подключен к первым входам БК 16 и 17. Вторые входы БК 15 и 17 подключены ко второму, а БК 14 и 16 - к третьему выходам ФОС 6, третий вход которого подключен к выходу следящей системы по дальности радиолокатора ССД. Второй выход синхронизатора 9, а также выходы БК 14, 15, 16, 17 подключены к соответствующим входам АЦП 18, выходы которого являются выходами устройства. The first output of the synchronizer 9 is connected to the first inputs of the transmitter 5 and KK 4, as well as to the first input of the FOS 6. The second output of the local oscillator 8 is connected to the second input of the transmitter 5. The first output of the FOS 6 is connected to the third input of the transmitter 5, the second input of which is connected to the output master oscillator 7. The output of the transmitter 5 is connected to the second input of KK 4, the first and second outputs of which are connected through the corresponding IFs 2 and 3 to the first and second inputs of the two-channel polarized antenna 1. The second outputs of IFR 2 and 3 are connected to the first inputs of the mixer th 10 and 11, respectively. The second output of the local oscillator 8 is connected to the second inputs of the mixers 10 and 11. The output of the mixer 10 through the UPCH 12 is connected to the first inputs of the BC 14 and 15. The output of the mixer 11 through the UPCH 13 is connected to the first inputs of the BC 16 and 17. The second inputs of the BC 15 and 17 are connected to the second, and BC 14 and 16 - to the third outputs of FOS 6, the third input of which is connected to the output of the tracking system along the SSD radar range. The second output of the synchronizer 9, as well as the outputs of the BC 14, 15, 16, 17 are connected to the corresponding inputs of the ADC 18, the outputs of which are the outputs of the device.
Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 7 вырабатывает напряжение промежуточной частоты, которое подается на второй вход ФОС 6. В каждом периоде зондирования ФОС 6 по паре сдвинутых во времени синхронизирующих импульсов, поступающих на его первый вход с первого выхода синхронизатора 9, вырабатывает два сдвинутых во времени и ортогональных по структуре радиосигнала S1 и S2 и таких, что их взаимная временная корреляционная функция равна нулю (практически достаточно мала). В частности, в качестве таких ортогональных радиосигналов могут быть использованы две М-последовательности, сдвинутые друг относительно друга на половину периода. При соответствующем подборе сдвига фаз заполнения в соседних парциальных импульсах М-последовательности можно добиться практически нулевой взаимной корреляции (4). Сформированные на промежуточной частоте ортогональные по структуре радиосигналы S1 и S2 поступают на третий вход передатчика 5, на второй вход которого подаются высокочастотные колебания с первого выхода гетеродина 8. В передатчике осуществляется перенос поступающих колебаний на несущую частоту и усиление полученных радиосигналов по мощности. Импульсы синхронизатора 9, поступающие на первый вход передатчика 5, обеспечивают его синхронную работу с ФОС 6 и с КК 4.The device operates as follows. The master oscillator 7 generates an intermediate frequency voltage, which is supplied to the second input of the FOS 6. In each period of the sensing of the FOS 6, a pair of time-shifted synchronizing pulses arriving at its first input from the first output of the synchronizer 9, generates two time-shifted and orthogonal in structure radio signals S 1 and S 2 and such that their mutual temporal correlation function is equal to zero (almost quite small). In particular, two M-sequences shifted relative to each other by half a period can be used as such orthogonal radio signals. With the appropriate selection of the shift of the filling phases in the adjacent partial pulses of the M-sequence, almost zero cross-correlation can be achieved (4). The radio signals S 1 and S 2 formed at the intermediate frequency, orthogonal in structure, are fed to the third input of the transmitter 5, to the second input of which high-frequency oscillations are transmitted from the first output of the local oscillator 8. The transmitter carries out the transfer of incoming vibrations to the carrier frequency and amplifies the received radio signals in power. The pulses of the synchronizer 9, arriving at the first input of the transmitter 5, ensure its synchronous operation with FOS 6 and KK 4.
В каждом периоде зондирования КК 4 по импульсам, поступающим на его первый вход с первого выхода синхронизатора 9, поочередно, через соответствующие ППП 2 и 3, подключает выходные радиосигналы передатчика 5 к соответствующим ортогональным по поляризации каналам двухканальной по поляризации антенны 1, которая излучает их в направлении объекта. In each sensing period, KK 4, by pulses arriving at its first input from the first output of the synchronizer 9, alternately, through the corresponding IFRs 2 and 3, connects the output radio signals of the transmitter 5 to the corresponding polarization channels of the two-channel polarized antenna 1, which emits them in direction of the object.
При приеме, начиная примерно с момента окончания второго зондирующего импульса, каждым каналом антенны будет приниматься сумма двух ортогональных по структуре одинаково поляризованных составляющих отраженных сигналов: основного по поляризации компонента для данного канала и перекрестного по поляризации компонента - для канала, ортогонального первому. Эти суммы сигналов через ППП 2 и 3 подаются на первые входы смесителей 10 и 11, на вторые входы которых подается напряжение со второго выхода гетеродина 8. Использование напряжения одного и того же гетеродина 8 при формировании излучаемых и принятых сигналов обеспечивает компенсацию случайной начальной фазы излучаемых радиосигналов, обусловленной случайной начальной фазой (в момент излучения) гетеродина 8. Выходные сигналы смесителей усиливаются УПЧ 12 и 13, при этом радиосигналы, усиленные УПЧ 12 подаются на первые входы БК 14 и 15, а усиленные УПЧ 13 - на первые входы БК 16 и 17 соответственно. В качестве опорного напряжения на вторые входы БК 15 и 17 подается напряжение промежуточной частоты со второго выхода, а на вторые входы БК 14 и 16 - с третьего выхода ФОС 6. Опорные напряжения на втором и третьем выходах ФОС 6 имеют одинаковую структуру с соответствующими излученными, также ортогональны между собой, однако задержаны относительно излученных на время, равное задержке соответствующих отраженных радиосигналов. Величину задержки определяет управляющий сигнал следящей системы сопровождения цели по дальности, который поступает на третий вход ФОС 6. В блоках корреляторов, попарно подключенных к соответствующим УПЧ осуществляется разделение ортогональных по структуре сигналов, которые усиливаются этим УПЧ. Кроме того, использование одного и того же задающего генератора 7 для формирования излучаемых радиосигналов и для разделения ортогональных по структуре составляющих отраженных радиосигналов обеспечивает запоминание и компенсацию случайной начальной фазы задающего генератора 7 в момент формирования излученного сигнала в каждом периоде излучения. Каждый БК имеет два выхода, с которых выдаются напряжения, пропорциональные произведениям амплитуд на косинус и на синус разности фаз колебаний, поступающих на их входы. Аналого-цифровой преобразователь 18 по существу производит измерение напряжений сигналов, поступающих с выходов БК, осуществляя оцифровку их значений. По сигналам со второго выхода синхронизатора 9 измеренные значения амплитуд квадратурных составляющих, определяющих измеренные значения всех элементов ПМР объекта, выдаются потребителю. Upon receipt, starting from the moment the second probe pulse ends, each antenna channel will receive the sum of two equally polarized components of the reflected signals that are orthogonal in structure: the main component in polarization for this channel and the component that is cross-polarized for the channel orthogonal to the first. These sums of signals through IFRs 2 and 3 are fed to the first inputs of the mixers 10 and 11, the second inputs of which are supplied with voltage from the second output of the local oscillator 8. Using the voltage of the same local oscillator 8 when generating the emitted and received signals provides compensation for the random initial phase of the emitted radio signals due to a random initial phase (at the time of radiation) of the local oscillator 8. The output signals of the mixers are amplified by the amplifiers 12 and 13, while the radio signals amplified by the amplifiers 12 are fed to the first inputs of the amplifiers 14 and 15, and the amplified ones 13 - the first inputs of the BC 16 and 17, respectively. The voltage of the intermediate frequency from the second output is supplied to the second inputs of the BK 15 and 17 as the reference voltage, and the second inputs of the BK 14 and 16 from the third output of the FOS 6. The reference voltages at the second and third outputs of the FOS 6 have the same structure with the corresponding radiated are also orthogonal to each other, however, they are delayed relative to those emitted for a time equal to the delay of the corresponding reflected radio signals. The magnitude of the delay is determined by the control signal of the tracking target tracking system in range, which is fed to the third input of the FOS 6. In blocks of correlators pairwise connected to the corresponding frequency converter, signals are separated orthogonal in structure, which are amplified by this frequency converter. In addition, the use of the same master oscillator 7 for generating the emitted radio signals and for separating the orthogonal in structure of the components of the reflected radio signals provides storage and compensation of the random initial phase of the master oscillator 7 at the time of formation of the emitted signal in each radiation period. Each BC has two outputs from which voltages are output proportional to the products of the amplitudes by the cosine and the sine of the phase difference of the oscillations supplied to their inputs. The analog-to-digital Converter 18 essentially measures the voltage of the signals coming from the outputs of the BC, by digitizing their values. According to the signals from the second output of the synchronizer 9, the measured values of the amplitudes of the quadrature components that determine the measured values of all elements of the PMR of the object are issued to the consumer.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Хойнен. Измерение матрицы рассеяния цели. ТИИЭР, т.53, 8, 1965, с. 1074-1084.SOURCES OF INFORMATION
1. Hoinen. Measurement of the target scattering matrix. TIIER, t. 53, 8, 1965, p. 1074-1084.
2. Д. Б. Канарейкин, М.В.Павалов, В.А.Потехин. Поляризация радиолокационных сигналов. М.: Сов.радио, 1966, с. 118-124, 282-293. 2. D. B. Kanareykin, M.V. Pavalov, V. A. Potehin. Polarization of radar signals. M .: Sov.radio, 1966, p. 118-124, 282-293.
3. Д.Б. Канарейкин, В.А. Потехин, И.Ф. Шишкин. Морская поляриметрия. Ленинград: изд-во Судостроение, 1968, с.78-85. 3.D.B. Kanareykin, V.A. Potekhin, I.F. Shishkin. Marine polarimetry. Leningrad: Publishing House Shipbuilding, 1968, p. 78-85.
4. Ч.Кук, М.Бернфельд. Радиолокационные сигналы. Теория и применение. М. : Сов.радио, 1971, с. 245-300. 4. C. Cook, M. Bernfeld. Radar signals. Theory and application. M.: Sov.radio, 1971, p. 245-300.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001119782/09A RU2190239C1 (en) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | Method and device measuring polarization scattering matrix of object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001119782/09A RU2190239C1 (en) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | Method and device measuring polarization scattering matrix of object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2190239C1 true RU2190239C1 (en) | 2002-09-27 |
Family
ID=20251782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001119782/09A RU2190239C1 (en) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | Method and device measuring polarization scattering matrix of object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2190239C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2533789C1 (en) * | 2013-07-18 | 2014-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (ГУАП) | Polarisation characteristic definition method for high frequency signal propagation environment |
| RU2552133C1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-06-10 | Георгий Галиуллович Валеев | Device for measuring scattering matrix elements |
| RU2695077C1 (en) * | 2019-01-30 | 2019-07-19 | Иван Владимирович Рогов | Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations |
| RU2810535C1 (en) * | 2023-02-13 | 2023-12-27 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Method and device for estimating the complex matrix of back scatter of radar objects (options) |
-
2001
- 2001-07-16 RU RU2001119782/09A patent/RU2190239C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАНАРЕЙКИН Д.Б. и др. Поляризация радиолокационных сигналов. - М.: Сов.радио, 1966, с.118-124, 282-293. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2533789C1 (en) * | 2013-07-18 | 2014-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (ГУАП) | Polarisation characteristic definition method for high frequency signal propagation environment |
| RU2552133C1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-06-10 | Георгий Галиуллович Валеев | Device for measuring scattering matrix elements |
| RU2695077C1 (en) * | 2019-01-30 | 2019-07-19 | Иван Владимирович Рогов | Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations |
| RU2810535C1 (en) * | 2023-02-13 | 2023-12-27 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Method and device for estimating the complex matrix of back scatter of radar objects (options) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10914818B2 (en) | Angle-resolving FMCW radar sensor | |
| US5889490A (en) | Method and apparatus for improved ranging | |
| JP3877783B2 (en) | A method for finding the position of a living organism and a microwave probe using the | |
| US20170350964A1 (en) | Coherent lidar system using tunable carrier-suppressed single-sideband modulation | |
| JP2008524563A (en) | Single channel heterodyne distance measurement method | |
| US20210382164A1 (en) | Multi-tone continuous wave detection and ranging | |
| RU2553272C1 (en) | Method of measuring range and radial velocity in radar station with probing composite pseudorandom chirp pulse | |
| JP2020519900A (en) | Method and apparatus for characterizing the environment of a user platform | |
| US11630189B2 (en) | Multi-tone continuous wave detection and ranging | |
| JP2005315820A (en) | Obstacle detector | |
| RU2434253C1 (en) | Method to detect location of filled bioobjects or their remains and device for its realisation | |
| RU2190239C1 (en) | Method and device measuring polarization scattering matrix of object | |
| RU2187129C1 (en) | Procedure and device measuring polarization matrix of scattering of object | |
| RU2296432C1 (en) | Method for autocorrelation receipt of noise-like signals | |
| RU2134429C1 (en) | Phase direction finding method | |
| RU2183022C1 (en) | Device measuring polarization matrix of scattering of object | |
| RU2402787C1 (en) | Method of finding vessels in distress | |
| RU2204842C2 (en) | Method and device for measuring object-scattering polarization matrix | |
| KR20230088809A (en) | Techniques for Correlating Peaks in Multi-Target Scenarios of Coherent LIDAR Systems | |
| RU2240576C2 (en) | Method for detection and location of air objects | |
| RU2534220C1 (en) | Apparatus for determining motion parameters of object | |
| RU2695077C1 (en) | Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations | |
| RU2515419C1 (en) | Method of measuring change in course angle of probing signal source | |
| RU2127437C1 (en) | Method of radar fixing of coordinates of targets | |
| RU2603971C1 (en) | Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060717 |