RU2326401C2 - Method of signal detection - Google Patents
Method of signal detection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326401C2 RU2326401C2 RU2005122524/09A RU2005122524A RU2326401C2 RU 2326401 C2 RU2326401 C2 RU 2326401C2 RU 2005122524/09 A RU2005122524/09 A RU 2005122524/09A RU 2005122524 A RU2005122524 A RU 2005122524A RU 2326401 C2 RU2326401 C2 RU 2326401C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- signals
- received
- emitted
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области локации и связи с помощью радио или акустических средств и может быть использовано для обнаружения отраженных или связных сигналов.The invention relates to the field of location and communication using radio or acoustic means and can be used to detect reflected or connected signals.
Известен способ обнаружения сигнала, основанный на перемножении входного напряжения приемника с опорным напряжением, представляющим собой копию излученных передатчиком колебаний, с последующим интегрированием результата перемножения и сравнением выходного напряжения интегратора с пороговым напряжением [1]. Несовпадение частоты принимаемых сигналов с частотой излученных колебаний, возникающее, например, вследствие эффекта Доплера, приводит к ухудшению отношения сигнал/шум перед пороговым устройством и, следовательно, к ухудшению вероятностных характеристик при обнаружении сигнала.A known method of detecting a signal based on multiplying the input voltage of the receiver with a reference voltage, which is a copy of the oscillations emitted by the transmitter, followed by integrating the result of multiplication and comparing the output voltage of the integrator with a threshold voltage [1]. The mismatch of the frequency of the received signals with the frequency of the emitted oscillations, arising, for example, due to the Doppler effect, leads to a deterioration of the signal-to-noise ratio in front of the threshold device and, therefore, to a deterioration in the probability characteristics when a signal is detected.
Для обнаружения зондирующего сигнала может быть использован способ, описанный в [2], принципиально не отличающийся от вышерассмотренного. Опорное напряжение в указанном способе получают ответвлением незначительной части излучения передатчика в линию задержки. Если опорный и отраженный сигналы не совпадают по частоте или во времени, они не коррелируются, и напряжение на выходе интегратора не достигает порогового значения. Частично указанный недостаток устраняют за счет использования многоканального коррелятора. При этом применяют многоотводную линию задержки, рассчитанную на перекрытие требуемого диапазона дальности. Задачи обнаружения сигнала при доплеровском сдвиге частоты данный способ не решает.To detect the probe signal, the method described in [2] can be used, which does not fundamentally differ from the above. The reference voltage in the specified method is obtained by branching a small part of the radiation of the transmitter into the delay line. If the reference and reflected signals do not coincide in frequency or time, they are not correlated, and the voltage at the output of the integrator does not reach the threshold value. Partially indicated disadvantage is eliminated through the use of a multi-channel correlator. In this case, a multi-tap delay line is used, designed to overlap the required range. This method does not solve the problem of detecting a signal with a Doppler frequency shift.
Прототипом предлагаемого изобретения выбран способ обнаружения сигнала, основанный на доплеровском преобразовании частоты и последующем вычислении корреляционной функции [3]. Осуществление данного способа в случае широкополосной системы предполагает также предварительное сжатие сигнала во времени.The prototype of the invention selected a signal detection method based on Doppler frequency conversion and subsequent calculation of the correlation function [3]. The implementation of this method in the case of a broadband system also involves preliminary compression of the signal in time.
Названное сжатие сигнала, как и доплеровское преобразование частоты, не может обеспечить точной компенсации доплеровского частотного сдвига, что затрудняет реализацию способа при неполной априорной информации о вероятностных свойствах эхо-сигнала и помех. Известные из описания прототипа методы преобразования сигнала не позволяют избежать указанного недостатка.The aforementioned signal compression, as well as the Doppler frequency conversion, cannot provide accurate compensation for the Doppler frequency shift, which complicates the implementation of the method with incomplete a priori information about the probabilistic properties of the echo signal and interference. Known from the description of the prototype signal conversion methods do not allow to avoid this drawback.
Другой недостаток известного способа заключается в том, что сжатие сигнала во времени до осуществления корреляционной обработки затрудняет обнаружение сигнала на фоне помех.Another disadvantage of the known method is that the compression of the signal in time before the implementation of correlation processing makes it difficult to detect the signal against the background of interference.
Задачей изобретения является повышение эффективности, в частности увеличение дальности действия радиотехнических и акустических устройств, устанавливаемых на подвижных объектах.The objective of the invention is to increase efficiency, in particular the increase in the range of radio engineering and acoustic devices installed on moving objects.
Указанная задача решается за счет того, что в способе обнаружения сигнала, основанном на совместной обработке, например, посредством вычисления корреляционной функции принятого сигнала и опорного сигнала, который воспроизводят по копии излученного сигнала, и последующем сравнении результирующего сигнала с пороговым напряжением, перед выполнением указанной обработки сигналов преобразуют их частоту, осуществляя компенсацию различия в частоте сигналов, причиной которого, например, может быть доплеровский сдвиг частоты, при этом указанную компенсацию различия в частоте сигналов осуществляют путем мультипликативного смещения частотного спектра сигнала. Для сокращения вычислений опорный сигнал формируют в виде последовательности сегментов, сравнимых по длине с излучаемым сигналом и различающихся смещением частоты. Указанная последовательность может быть представлена в виде примыкающих друг к другу сегментов. При необходимости, если прием сигнала происходит на высокой частоте, осуществляют преобразование частоты принятого и опорного сигналов путем гетеродинирования.This problem is solved due to the fact that in the signal detection method based on joint processing, for example, by calculating the correlation function of the received signal and the reference signal, which is reproduced from a copy of the emitted signal, and then comparing the resulting signal with the threshold voltage, before performing this processing signals convert their frequency, compensating for differences in the frequency of the signals, the cause of which, for example, may be a Doppler frequency shift, while th compensate differences in the frequency of signals carried by the multiplicative bias signal frequency spectrum. To reduce the calculations, the reference signal is formed in the form of a sequence of segments comparable in length with the emitted signal and differing in frequency offset. The specified sequence can be represented in the form of adjacent segments. If necessary, if the signal is received at a high frequency, the frequency of the received and reference signals is converted by heterodyning.
Техническим результатом изобретения является осуществление способа обнаружения сигнала, обеспечивающего повышение чувствительности систем локации подвижных объектов и связи с ними при значительном увеличении скорости движения объектов и сокращении длины волны излучаемого сигнала.The technical result of the invention is the implementation of a method for detecting a signal, providing an increase in the sensitivity of location systems of moving objects and communication with them with a significant increase in the speed of movement of objects and a reduction in the wavelength of the emitted signal.
Сущность изобретения рассматривается на примере обнаружения сигнала при осуществлении локации и поясняется чертежом, где представлена упрощенная блочная схема локатора.The invention is considered by the example of signal detection during location and is illustrated by the drawing, which shows a simplified block diagram of the locator.
Согласно чертежу схема содержит передатчик 1, к которому подключен мультипликативный преобразователь (МПр) 2 частотного спектра сигнала, связанный с преобразователем 3 частоты, соединенным с запоминающим устройством (ЗУ) 4 преобразованного сигнала, выход которого связан с одним из входов коррелятора 5, который подключен к пороговому устройству 6; приемник 7, соединенный с преобразователем 8 частоты, который подключен к запоминающему устройству (ЗУ) 9 принимаемого сигнала, выход которого связан с вторым входом коррелятора 5; блок управления (БУ) 10, соединенный с передатчиком 1, с МПр 2, с ЗУ 4, с ЗУ 9 и с коррелятором 5. Помимо этого, на чертеже показаны передающая антенна 11, подключенная к передатчику 1, и приемная антенна 12, связанная с входом приемника 7. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП), которые используются для преобразования непрерывного сигнала в цифровой код (для дискретизации сигнала), а также гетеродины, смесители и фильтры, используемые в преобразователях частоты 3, 8, на чертеже не показаны.According to the drawing, the circuit includes a transmitter 1, to which a multiplicative converter (MPR) 2 of the frequency spectrum of the signal is connected, connected to a frequency converter 3 connected to a converted signal storage device (RAM) 4, the output of which is connected to one of the inputs of the correlator 5, which is connected to threshold device 6; a receiver 7 connected to a frequency converter 8, which is connected to a storage device (memory) 9 of the received signal, the output of which is connected to the second input of the correlator 5; a control unit (CU) 10 connected to the transmitter 1, with MPr 2, with the memory 4, with the memory 9 and with the correlator 5. In addition, the drawing shows a transmitting antenna 11 connected to the transmitter 1, and a receiving antenna 12 associated with the input of the receiver 7. Analog-to-digital converters (ADCs), which are used to convert a continuous signal to a digital code (for signal sampling), as well as local oscillators, mixers and filters used in frequency converters 3, 8, are not shown in the drawing.
Обнаружение отраженного сигнала в процессе локации осуществляют следующим образом.The detection of the reflected signal in the location process is as follows.
С помощью передатчика 1 и его антенны 11 по команде БУ 10 излучают зондирующий сигнал. В рассматриваемом случае компенсацию различия в частоте сигналов предполагается осуществлять за счет изменения частотного спектра опорного сигнала. С этой целью для формирования названного сигнала напряжение с передатчика 1 подают на МПр 2, где производят мультипликативное смещение спектра сигнала путем транспонирования частоты. Если МПр 2 построен на элементах дискретного действия, предварительно преобразуют сигнал в цифровую форму с помощью АЦП. Необходимый коэффициент транспонирования частотного спектра [4] определяют в соответствии с выражениемUsing the transmitter 1 and its antenna 11, at the command of the control unit 10, a probe signal is emitted. In this case, compensation for differences in the frequency of the signals is supposed to be carried out by changing the frequency spectrum of the reference signal. To this end, to form the named signal, the voltage from the transmitter 1 is supplied to MPr 2, where a multiplicative shift of the spectrum of the signal is made by transposing the frequency. If MPR 2 is built on discrete action elements, the signal is preliminarily converted to digital form using an ADC. The necessary transposition coefficient of the frequency spectrum [4] is determined in accordance with the expression
kТ=1+2νr/c,k T = 1 + 2ν r / c,
где νr - радиальная скорость относительного перемещения объекта; с - скорость распространения излучения ([3], с.275). Согласно приведенному выражению изменению частоты отраженного сигнала, обусловленному доплеровским сдвигом, будет соответствовать такое же изменение частоты опорного сигнала. По команде БУ 10 сигнал с выхода МПр 2 подают на преобразователь 3 частоты, где преобразуют сигнал, путем гетеродинирования понижают его частоту, затем этот сигнал подают на ЗУ 4, где осуществляют его запись. Отраженный от объекта сигнал улавливается приемной антенной 12 и подается на вход приемника 7, где он усиливается. С помощью преобразователя 8 частоты осуществляют понижение частоты принятого сигнала аналогично вышерассмотренному и производят запись сигнала в ЗУ 9. При необходимости предварительно сигнал представляют в цифровом виде. Далее по команде БУ 10 опорный сигнал с выхода ЗУ 4 и отраженный сигнал с выхода ЗУ 9 подают на входы коррелятора 5, где осуществляется вычисление взаимной корреляционной функции названных сигналов. Результат вычисления с выхода коррелятора 5 передается на пороговое устройство 6, с помощью которого при наличии максимума (пика) корреляционной функции, превышающего пороговое значение, фиксируют факт обнаружения сигнала так же, как это делается в известном способе. Мультипликативное преобразование частотного спектра (транспонирование частоты) сигнала может быть осуществлено путем монотонного смещения во времени значений последовательности (сигнала). Данный способ преобразования сигнала описан в [5]. В указанном источнике рассмотрено преобразование частоты сигнала, осуществляемое путем транспонирования спектра, в сравнении с преобразованием, выполняемым посредством гетеродинирования. Кроме названного, возможны другие варианты транспонирования частотного спектра сигналов, известные, например, из источника [4].where ν r is the radial velocity of the relative displacement of the object; c is the radiation propagation velocity ([3], p.275). According to the above expression, the change in the frequency of the reflected signal due to the Doppler shift will correspond to the same change in the frequency of the reference signal. At the command of BU 10, the signal from the output of MPr 2 is fed to a frequency converter 3, where the signal is converted, its frequency is reduced by heterodyning, then this signal is fed to memory 4, where it is recorded. The signal reflected from the object is captured by the receiving antenna 12 and fed to the input of the receiver 7, where it is amplified. Using the frequency converter 8, the frequency of the received signal is reduced in the same way as described above and the signal is recorded in the memory 9. If necessary, the signal is preliminarily presented in digital form. Further, by command BU 10, the reference signal from the output of the memory 4 and the reflected signal from the output of the memory 9 are fed to the inputs of the correlator 5, where the mutual correlation function of these signals is calculated. The result of the calculation from the output of the correlator 5 is transmitted to the threshold device 6, with which, in the presence of a maximum (peak) of the correlation function exceeding the threshold value, the fact of signal detection is recorded in the same way as in the known method. Multiplicative transformation of the frequency spectrum (frequency transposition) of a signal can be carried out by monotonically shifting in time the values of a sequence (signal). This method of signal conversion is described in [5]. In the indicated source, the signal frequency conversion performed by transposing the spectrum is considered in comparison with the conversion performed by heterodyning. In addition to the above, other variants of transposing the frequency spectrum of the signals are possible, known, for example, from the source [4].
Очевидно, если информация о скорости движения объекта недостаточно точная, возникает необходимость многократного повторения процедуры формирования опорного сигнала (для разных значений скорости) и последующего повторения вычисления корреляционной функции. Что может потребовать значительных затрат времени.Obviously, if the information about the speed of the object is not accurate enough, it becomes necessary to repeat the procedure for generating the reference signal (for different speed values) and then repeat the calculation of the correlation function. Which may require a significant investment of time.
Как правило, длительность отрезка времени, в течение которого осуществляют прием отраженного сигнала, и соответственно длительность последовательности, содержащей отраженный сигнал, гораздо больше (обычно в десятки раз) длительности излучаемого сигнала. Исходя из этого, опорный сигнал предлагается формировать в виде последовательности расположенных с интервалом или примыкающих друг к другу сегментов, с длительностью каждого, равной длительности излучаемого сигнала и различающихся величиной мультипликативного смещения спектра. Шаг смещения выбирают таким, чтобы последовательность содержала сегменты, смещение которых соответствовало бы диапазону скоростей движения объектов. При вычислении получают максимум корреляционной функции для сегмента, частотный спектр которого в наибольшей степени соответствует спектру отраженного сигнала. Для других значений аргумента (для других сегментов), ввиду отсутствия корреляции, значение указанной функции будет на уровне шума.As a rule, the length of time during which the reception of the reflected signal is carried out, and accordingly the duration of the sequence containing the reflected signal, is much longer (usually tens of times) of the duration of the emitted signal. Based on this, it is proposed to form the reference signal in the form of a sequence of segments spaced at intervals or adjacent to each other, with a duration of each equal to the duration of the emitted signal and differing in magnitude of the multiplicative shift of the spectrum. The displacement step is chosen so that the sequence contains segments whose displacement would correspond to the range of velocities of the objects. In the calculation, the maximum of the correlation function is obtained for the segment whose frequency spectrum most closely corresponds to the spectrum of the reflected signal. For other values of the argument (for other segments), due to the lack of correlation, the value of the specified function will be at the noise level.
Мультипликативное преобразование частотного спектра путем транспонирования частоты может быть осуществлено для сигнала любой структуры. Благодаря этому для генерации зондирующего излучения возможно использование, что доказано при исследовании, не только шумоподобного сигнала, но также и стационарного случайного процесса.Multiplicative transformation of the frequency spectrum by transposing the frequency can be carried out for a signal of any structure. Due to this, it is possible to use, as proved by the study, not only a noise-like signal, but also a stationary random process to generate probe radiation.
Осуществимость предложенного способа при наличии современной элементной базы подтверждаются моделированием и полунатурными испытаниями, включающими вышеописанную обработку сигнала.The feasibility of the proposed method in the presence of a modern element base is confirmed by modeling and semi-natural tests, including the above signal processing.
Источники информацииInformation sources
1. Радиолокационные устройства. / В.В.Васин, О.В.Власов, В.В.Григорин-Рябов и др. Под ред. В.В.Григорина-Рябова. - М.: Сов. радио, 1970, с.5-39.1. Radar devices. / V.V. Vasin, O. V. Vlasov, V. V. Grigorin-Ryabov and others. Ed. V.V. Grigorina-Ryabova. - M .: Owls. Radio 1970, p. 5-39.
2. Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: Сов. радио, 1975, с.8-54,2. Belotserkovsky G. B. Basics of radar and radar devices. - M .: Owls. radio, 1975, p. 8-54,
3. Применение цифровой обработки сигналов. / Под ред. Э.Оппенгейма. Пер. с англ. М.: Мир, 1980, с.416-422 (прототип).3. The use of digital signal processing. / Ed. E. Oppenheim. Per. from English M .: Mir, 1980, p. 416-422 (prototype).
4. Измерения в электронике: Справ. / В.А. Кузнецов и др. Под ред. Кузнецова В.А. М.: Энергоатомиздат, 1987. С.449-450.4. Measurements in electronics: Ref. / V.A. Kuznetsov et al. Ed. Kuznetsova V.A. M .: Energoatomizdat, 1987. S.449-450.
5. Атнашев А.Б., Атнашев Д.А., Филиппов Д.В. Мультипликативный метод в спектрометрии сигналов. - Петербургский журнал электроники, 2002, №2, с.40-43.5. Atnashev A.B., Atnashev D.A., Filippov D.V. Multiplicative method in signal spectrometry. - Petersburg Journal of Electronics, 2002, No. 2, pp. 40-43.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005122524/09A RU2326401C2 (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Method of signal detection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005122524/09A RU2326401C2 (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Method of signal detection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005122524A RU2005122524A (en) | 2007-01-20 |
| RU2326401C2 true RU2326401C2 (en) | 2008-06-10 |
Family
ID=37774554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005122524/09A RU2326401C2 (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Method of signal detection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2326401C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2576339C2 (en) * | 2011-11-24 | 2016-02-27 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Device for detecting audio source |
-
2005
- 2005-07-12 RU RU2005122524/09A patent/RU2326401C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Теоретические основы радиолокации. / Под. ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Советское радио, 1970, с.103, 324-331, рис.6.1 (а, б), 6.2, 6.3, 6.4 (а). * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2576339C2 (en) * | 2011-11-24 | 2016-02-27 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Device for detecting audio source |
| 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 |
|---|---|
| RU2005122524A (en) | 2007-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11262448B2 (en) | Software defined automotive radar | |
| US7342651B1 (en) | Time modulated doublet coherent laser radar | |
| JP5871559B2 (en) | Radar equipment | |
| JP2019522221A (en) | Method and apparatus for narrowband ranging system using reference signal interpolation | |
| KR20120080064A (en) | Object detection method and radar system for providing the same method | |
| US20080136703A1 (en) | Equivalent time sampling radar | |
| FR2737307A1 (en) | DISTANCE MEASUREMENT SYSTEM | |
| US20120268141A1 (en) | Method and arrangement for measuring the signal delay between a transmitter and a receiver | |
| JP6324327B2 (en) | Passive radar equipment | |
| JP3809153B2 (en) | Satellite positioning system and satellite positioning method | |
| JP4999592B2 (en) | Radar equipment | |
| JP2010169671A (en) | Radar device | |
| RU2326401C2 (en) | Method of signal detection | |
| JP2008101997A (en) | Radar system | |
| RU2293997C1 (en) | Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets | |
| JP2011237338A (en) | Radar device | |
| JP2007192783A (en) | Pulse compression radar system | |
| JP2015049075A (en) | Radar and object detection method | |
| JP2015049074A (en) | Radar and object detection method | |
| RU2589036C1 (en) | Radar with continuous noise signal and method of extending range of measured distances in radar with continuous signal | |
| JP4092317B2 (en) | Satellite positioning method and satellite positioning system | |
| JP2005148005A (en) | Satellite positioning method and satellite positioning system | |
| JP3837419B2 (en) | Satellite positioning method and satellite positioning system | |
| JP4437804B2 (en) | Radar apparatus and distance measuring method | |
| JP7123670B2 (en) | Radar system and signal processing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |