RU2284656C2 - Signal processing method - Google Patents
Signal processing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284656C2 RU2284656C2 RU2004115374/09A RU2004115374A RU2284656C2 RU 2284656 C2 RU2284656 C2 RU 2284656C2 RU 2004115374/09 A RU2004115374/09 A RU 2004115374/09A RU 2004115374 A RU2004115374 A RU 2004115374A RU 2284656 C2 RU2284656 C2 RU 2284656C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- shift
- frequency spectrum
- doppler
- processing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области преобразования радио или акустических сигналов при их обработке в процессе приема и может быть использовано в информационных каналах с доплеровским сдвигом частоты, обусловленным относительным перемещением объектов, например, при осуществлении связи между подвижными объектами или в локации.The invention relates to the field of conversion of radio or acoustic signals during their processing during reception and can be used in information channels with Doppler frequency shift due to the relative movement of objects, for example, when communicating between moving objects or in a location.
В радиотехнике широко известен способ обработки сигналов, основанный на преобразовании колебаний путем гетеродинирования [1]. При названом преобразовании каждое значение частоты сигнала изменяется на одну и ту же величину. В результате получают сигнал с суммарной или разностной частотами. Очевидно, такое преобразование можно рассматривать как аддитивное.In radio engineering, a signal processing method based on the conversion of oscillations by heterodyning is widely known [1]. With the named conversion, each value of the signal frequency changes by the same amount. The result is a signal with total or differential frequencies. Obviously, such a transformation can be regarded as additive.
Известен также способ преобразования сигналов, осуществляемый путем мультипликативного смещения частоты несущих колебаний [2]. При этом в зависимости от значения коэффициента транспонирования (коэффициента мультипликативного переноса), который может быть меньше или больше единицы, может осуществляться как сжатие, так и расширение частотного спектра сигнала. Применение указанного способа ограничено ввиду отсутствия отработанных алгоритмов мультипликативного преобразования частоты сигналов.There is also known a method of signal conversion, carried out by multiplicatively shifting the frequency of the carrier oscillations [2]. Moreover, depending on the value of the transposition coefficient (coefficient of multiplicative transfer), which may be less or more than unity, both compression and expansion of the frequency spectrum of the signal can be performed. The application of this method is limited due to the lack of proven algorithms for the multiplicative conversion of signal frequencies.
Прототипом предлагаемого изобретения выбран способ обработки сигнала, основанный на преобразовании отраженного от объекта сигнала путем сжатия частотного спектра и фильтрации, при проведении локации космических объектов [3]. Данный способ предполагается использовать для обработки зондирующих сигналов при локации малоразмерных быстроперемещающихся и имеющих вращение объектов, например осколков космического мусора. Осуществляя обработку сигнала путем сжатия частотного спектра, в десятки раз уменьшают его полосу, что позволяет реализовать доплеровский принцип локации при значительной девиации частоты принимаемого сигнала, обусловленной прежде всего вращением объекта относительно собственной оси.The prototype of the present invention selected a signal processing method based on the conversion of the signal reflected from the object by compressing the frequency spectrum and filtering when conducting the location of space objects [3]. This method is supposed to be used to process sounding signals when locating small-sized fast-moving and rotating objects, for example fragments of space debris. By processing the signal by compressing the frequency spectrum, its bandwidth is reduced tenfold, which allows the Doppler principle of location to be realized with a significant deviation in the frequency of the received signal, due primarily to the rotation of the object relative to its own axis.
При локации космических аппаратов во время осуществления навигации, например для выполнения маневра сближения на орбите, скорость относительного движения объектов, как правило, хорошо известна, в частности, благодаря внешнетраекторным измерениям. Однако высокая скорость движения объектов может привести к значительному доплеровскому сдвигу частоты, что затрудняет или делает даже невозможным применение в процессе локации наиболее эффективного оптимального метода обработки зондирующего сигнала, если его частотный спектр не является узкополосным, как, например, у последовательности неэквидистантных радиоимпульсов с малой длительностью. Упомянутый выше способ не обеспечивает обработки описанных сигналов и, как следствие этого, отсутствует возможность измерения дальности до объектов. Что является его недостатком.When locating spacecraft during navigation, for example, to perform a maneuver of approach in orbit, the speed of the relative motion of objects is usually well known, in particular, due to external trajectory measurements. However, the high speed of movement of objects can lead to a significant Doppler frequency shift, which makes it difficult or even impossible to use the most efficient optimal method for processing the probe signal in the location process if its frequency spectrum is not narrow-band, as, for example, in a sequence of non-equidistant radio pulses with a short duration . The above-mentioned method does not provide the processing of the described signals and, as a consequence of this, there is no possibility of measuring the distance to objects. What is its disadvantage.
В процессе преобразования сигнала упомянутым способом снимается фазовая модуляция (манипуляция) сигнала, тем самым исключается его использование для обработки сигналов в канале связи. Что также можно считать недостатком данного способа.In the process of converting the signal in the above-mentioned manner, the phase modulation (manipulation) of the signal is removed, thereby eliminating its use for processing signals in the communication channel. What can also be considered a disadvantage of this method.
Задачей, на которую направлено изобретение, является повышение эффективности радиотехнических информационных каналов за счет применения широкополосных сигналов, благодаря осуществлению компенсации доплеровского сдвига частоты.The objective of the invention is to increase the efficiency of radio information channels through the use of broadband signals, due to the compensation of the Doppler frequency shift.
Указанная задача решается за счет того, что в способе обработки сигнала, основанном на преобразовании сигнала с последующей оптимальной фильтрацией, осуществляют преобразование сигнала путем транспонирования (мультипликативного переноса) частотного спектра, компенсируют доплеровский сдвиг частоты сигнала, в частности, выполняют расширение частотного спектра сигнала для компенсации отрицательного доплеровского сдвига частоты и выполняют сжатие частотного спектра сигнала для компенсации положительного доплеровского сдвига частоты.This problem is solved due to the fact that in the signal processing method based on signal conversion followed by optimal filtering, the signal is converted by transposing (multiplicative transfer) the frequency spectrum, compensating for the Doppler frequency shift of the signal, in particular, expanding the frequency spectrum of the signal to compensate negative Doppler frequency shift and compress the frequency spectrum of the signal to compensate for the positive Doppler frequency shift .
При этом транспонирование частотного спектра осуществляют путем изменения в процессе обработки сигнала временного смещения значений сигнала, которое задают, определяя его по следующей формуле:In this case, the transposition of the frequency spectrum is carried out by changing the signal bias during the processing of the signal, which is set, determining it according to the following formula:
где ΔТр - упомянутое временное смещение значений сигнала, соответствующее текущему времени Тр процесса обработки частотного спектра сигнала; kT - коэффициент транспонирования частотного спектра сигнала, который вычисляют, учитывая знак доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала, в соответствии с выражениемwhere ΔT p - the mentioned time offset of the signal values corresponding to the current time T p the process of processing the frequency spectrum of the signal; k T is the transposition coefficient of the frequency spectrum of the signal, which is calculated taking into account the sign of the Doppler frequency shift of the received signal, in accordance with the expression
где νr - радиальная скорость относительного перемещения объектов; с - скорость распространения сигнала; k - коэффициент, которому задают значение, равное двум при вычислении коэффициента kT для обработки локационного сигнала и равное единице при вычислении упомянутого коэффициента для обработки сигнала в канале связи, при этом коэффициент k берут с положительным знаком при вычислении коэффициента kT для обработки сигнала с отрицательным доплеровским сдвигом частоты и берут коэффициент k с отрицательным знаком при вычислении коэффициента kT для обработки сигнала с положительным доплеровским сдвигом частоты.where ν r is the radial velocity of the relative displacement of objects; c is the signal propagation speed; k is a coefficient that is given a value equal to two when calculating the coefficient k T for processing the location signal and equal to unity when calculating the said coefficient for processing the signal in the communication channel, while the coefficient k is taken with a positive sign when calculating the coefficient k T for signal processing with negative Doppler frequency shift and take the coefficient k with a negative sign when calculating the coefficient k T for processing a signal with a positive Doppler frequency shift.
При выполнении обработки дискретизированного во времени сигнала транспонирование частотного спектра осуществляют путем повторного считывания или пропуска значения сигнала через интервал iT0, где Т0 - период дискретизации сигнала; i - количество точек дискретизации в упомянутом интервале, которое определяют как ближайшее целое от числа j, вычисляемого по формулеWhen processing the signal sampled in time, the transposition of the frequency spectrum is carried out by re-reading or skipping the signal value through the interval iT 0 , where T 0 is the signal sampling period; i is the number of sampling points in the mentioned interval, which is defined as the nearest integer of the number j, calculated by the formula
j=1/|kT-1|,j = 1 / | k T -1 |,
при этом повторное чтение значения сигнала производят, если значение коэффициента транспонирования частотного спектра сигнала kT<1, и пропуск значения сигнала производят, если значение коэффициента транспонирования частотного спектра сигнала kT>1. Оптимальную фильтрацию сигнала производят посредством его сжатия.repeated reading of the signal value is carried out if the value of the transposition coefficient of the frequency spectrum of the signal k T <1, and the skipping of the signal value is produced if the value of the transposition coefficient of the frequency spectrum of the signal k T > 1. Optimal filtering of the signal is carried out by means of its compression.
Сущность изобретения поясняется на примере работы локатора, принципиальная схема которого представлена на чертеже.The invention is illustrated by the example of the locator, a schematic diagram of which is presented in the drawing.
Схема локатора содержит управляющее устройство (УУ) 1, к которому подключены передатчик 2, соединенный с передающей антенной 3, запоминающее устройство 4 излучаемого сигнала (ЗУИ), а также запоминающее устройство 5 принимаемого сигнала (ЗУП), которое связано с приемником 6, соединенным с приемной антенной 7; устройство 8 корреляционной обработки сигнала, соединенное с УУ 1, с ЗУИ 4 и с ЗУП 5, ЗУИ 4 и ЗУП 5 предполагается строить на основе цифровой техники. Их связь с передатчиком 2 и с приемником 6 должна осуществляться с помощью согласующих блоков, содержащих смесители, гетеродины для преобразования частоты сигнала, а также аналого-цифровые преобразователи. Последние из названных устройств на чертеже не показаны.The locator circuit contains a control device (CU) 1, to which a transmitter 2 is connected, connected to a transmitting antenna 3, a memory device 4 of the emitted signal (ZUI), and also a memory device 5 of the received signal (RAM), which is connected to the receiver 6 connected to receiving antenna 7; the device 8 of the correlation signal processing, connected to SU 1, with ZUI 4 and with ZUP 5, ZUI 4 and ZUP 5 is supposed to be built on the basis of digital technology. Their communication with the transmitter 2 and with the receiver 6 should be carried out using matching blocks containing mixers, local oscillators for converting the signal frequency, as well as analog-to-digital converters. The last of these devices are not shown in the drawing.
Обработку сигнала в процессе радиолокации осуществляют следующим образом.Signal processing in the process of radar is as follows.
С помощью передатчика 2 и передающей антенны 3 по команде УУ 1 излучают зондирующий сигнал в виде нерегулярной последовательности импульсов. Одновременно излучаемый сигнал записывается в ЗУИ 4. Предварительно осуществляют преобразование частоты сигнала, обычно гетеродинированием колебаний, и его дискретизацию. Отраженный от объекта сигнал принимают с помощью антенны 7, после чего в приемнике 6 преобразуют частоту сигнала, дискретизируют и по команде УУ 1 записывают в ЗУП 5. Далее по команде УУ 1 осуществляют считывание сигналов из ЗУИ 4, ЗУП 5 и оптимальную фильтрацию принятого сигнала посредством устройства 8 корреляционной обработки сигнала, как это описано, например, в [4]. При локации движущегося объекта с целью компенсации доплеровского смещения частоты осуществляют транспонирование частотного спектра принимаемого сигнала путем изменения в процессе обработки временного смещения значений сигнала в соответствии с выражением (1). Для чего определяют kT - коэффициент транспонирования частотного спектра сигнала, который вычисляют, используя формулу (2). При обработке сигнала в системах локации задают значение коэффициента k=2. Учитывают знак доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала, определяют значение коэффициента kT как сумму слагаемых, если доплеровский сдвиг частоты отрицательный (когда объект удаляется), или как разность, если доплеровский сдвиг частоты положительный (когда объект приближается). При обработке дискретизированного сигнала знак доплеровского сдвига частоты учитывают, осуществляя по команде УУ 1 повторное считывание из ЗУП 5 или пропуск очередного значения сигнала для компенсации положительного или отрицательного доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала соответственно. При наличии в зоне радиолокационного обзора объекта в процессе оптимальной фильтрации в результате сжатия сигнала получают на выходе устройства 8 импульс. Что позволяет, кроме угловых координат, по положению импульса на временной оси определять дальность до объекта.Using the transmitter 2 and the transmitting antenna 3 at the command of UU 1, a probe signal is emitted in the form of an irregular sequence of pulses. At the same time, the emitted signal is recorded in the ZUI 4. First, the signal frequency is converted, usually by heterodyning the oscillations, and its discretization. The signal reflected from the object is received using the antenna 7, after which the signal frequency is converted to the receiver 6, sampled and, on the basis of the command SU 1, are written to the RAM 5. Then, on the command SU 1, the signals are read from the memory 4, the memory 5 and the optimal filtering of the received signal by device 8 correlation signal processing, as described, for example, in [4]. When a moving object is located in order to compensate for the Doppler frequency shift, the frequency spectrum of the received signal is transposed by changing the signal shift values in the process of processing the temporal shift in accordance with expression (1). Why determine k T - the transposition coefficient of the frequency spectrum of the signal, which is calculated using the formula (2). When processing a signal in location systems, the value of the coefficient k = 2 is set. The sign of the Doppler frequency shift of the received signal is taken into account, the value of the coefficient k T is determined as the sum of the terms if the Doppler frequency shift is negative (when the object moves away), or as the difference if the Doppler frequency shift is positive (when the object approaches). When processing a discretized signal, the sign of the Doppler frequency shift is taken into account by re-reading from ZUP 5 at the command of UU 1 or skipping the next signal value to compensate for the positive or negative Doppler frequency shift of the received signal, respectively. If there is an object in the zone of radar vision during optimal filtering, a signal is received as a result of signal compression and output 8 from the device. This allows, in addition to angular coordinates, to determine the distance to the object from the position of the pulse on the time axis.
При отсутствии компенсации доплеровского сдвига частоты график автокорреляционной функции будет иметь несколько максимумов с меньшей амплитудой. Что затрудняет обнаружение полезного сигнала на фоне помехи и не обеспечивает однозначности измерения дальности до объекта.In the absence of compensation for the Doppler frequency shift, the graph of the autocorrelation function will have several maxima with a smaller amplitude. This makes it difficult to detect a useful signal against a background of interference and does not provide unambiguous measurement of the distance to the object.
Аналогичным образом производят компенсацию доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала при осуществлении связи с подвижным объектом. Предварительно определяют коэффициент транспонирования kT частотного спектра сигнала, который вычисляют в соответствии с выражением (2), учитывая знак доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала, как это было показано выше. Задают значение коэффициента k=1.Similarly, the Doppler frequency shift of the received signal is compensated for when communicating with a moving object. The transposition coefficient k T of the signal frequency spectrum is preliminarily determined, which is calculated in accordance with expression (2), taking into account the sign of the Doppler frequency shift of the received signal, as shown above. Set the value of the coefficient k = 1.
Благодаря компенсации доплеровского сдвига становится возможным применение широкополосного сигнала при организации связи с подвижным объектом, что обеспечивает увеличение пропускной способности канала связи в десятки раз. Компенсация доплеровского сдвига широкополосного сигнала при локации подвижных объектов обеспечивает возможность определения, помимо угловых координат, дальности до объекта.Due to the compensation of the Doppler shift, it becomes possible to use a broadband signal when organizing communication with a moving object, which provides an increase in the throughput of the communication channel by tens of times. Compensation of the Doppler shift of the broadband signal when locating moving objects provides the ability to determine, in addition to angular coordinates, the distance to the object.
Источники информацииInformation sources
1. Сифоров В.И. Радиоприемные устройства. - М.: Воениздат, 1954, - с.237-240.1. Siforov V.I. Radio receivers - M .: Military Publishing House, 1954, - p.237-240.
2. Измерения в электронике: Справ. / В.А.Кузнецов и др., Под ред. Кузнецова В.А. М.: Энергоатомиздат, 1987. С.449.2. Measurements in electronics: Ref. / V.A. Kuznetsov et al., Ed. Kuznetsova V.A. M .: Energoatomizdat, 1987. P.449.
3. Патент RU 2175139, МПК 7 G 01 S 13/00, В 64 G 9/00, 20.10.2001 (прототип).3. Patent RU 2175139, IPC 7 G 01 S 13/00, B 64 G 9/00, 10.20.2001 (prototype).
4. Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: Сов. радио, 1975, - с.38-54.4. Belotserkovsky G.B. Basics of radar and radar devices. - M .: Owls. Radio, 1975, p. 38-54.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115374/09A RU2284656C2 (en) | 2004-05-17 | 2004-05-17 | Signal processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115374/09A RU2284656C2 (en) | 2004-05-17 | 2004-05-17 | Signal processing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004115374A RU2004115374A (en) | 2005-11-10 |
| RU2284656C2 true RU2284656C2 (en) | 2006-09-27 |
Family
ID=35864859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004115374/09A RU2284656C2 (en) | 2004-05-17 | 2004-05-17 | Signal processing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2284656C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2473923C1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-01-27 | Анатолий Борисович Атнашев | Radar signal processing method |
| RU2564995C1 (en) * | 2014-03-11 | 2015-10-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Method for passive location of mobile object |
-
2004
- 2004-05-17 RU RU2004115374/09A patent/RU2284656C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2473923C1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-01-27 | Анатолий Борисович Атнашев | Radar signal processing method |
| RU2564995C1 (en) * | 2014-03-11 | 2015-10-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Method for passive location of mobile object |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004115374A (en) | 2005-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3672778B2 (en) | Radar apparatus and coherent integration method thereof | |
| US5381151A (en) | Signal processing for ultra-wideband impulse radar | |
| CN103003714B (en) | Radar installations | |
| US8121222B2 (en) | Systems and methods for construction of time-frequency surfaces and detection of signals | |
| CN106872967B (en) | Moving target detection system and method based on bistatic radar | |
| JP4962510B2 (en) | Target search signal generation method and target search device | |
| JP2007256004A (en) | Orbit determination device, orbit determination method, and computer program | |
| Zheng et al. | Radar detection and motion parameters estimation of maneuvering target based on the extended keystone transform (July 2018) | |
| JP4702117B2 (en) | Pulse radar apparatus and distance measuring method | |
| JP4711304B2 (en) | Object identification device | |
| JP4711305B2 (en) | Object identification device | |
| RU2284656C2 (en) | Signal processing method | |
| EP0187397B1 (en) | Pulse radar apparatus | |
| RU2018109177A (en) | A method for estimating the spatial size of an air target by the frequency extent of a Doppler portrait | |
| RU2293997C1 (en) | Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets | |
| RU2302077C2 (en) | Signal processing method | |
| Pardhu et al. | Design of matched filter for radar applications | |
| JP4005007B2 (en) | Radar signal processing device | |
| RU2326401C2 (en) | Method of signal detection | |
| RU2616970C1 (en) | Method of glonass system signal processing with frequency division | |
| RU2619771C1 (en) | Device for radar location image forming in radar location station with synthesization of antenna aperture | |
| Kreucher | Exploiting narrowband bistatic radar measurements for dismount detection and tracking [measurements corner] | |
| Vavriv et al. | Cost-effective Ku-band airborne SAR with Doppler centroid estimation, autofocusing, and indication of moving targets | |
| RU2782575C1 (en) | System for selection of moving targets with measurement of range, radial velocity and direction of movement in each period of sounding | |
| Tong et al. | ComRad3, a multichannel direct conversion receiver for FM Broadcast Band Radar |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070518 |