RU2347235C2 - Method of formation coherent frequency modulated signal for radar stations with periodic fm modulation and device for its realisation - Google Patents
Method of formation coherent frequency modulated signal for radar stations with periodic fm modulation and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347235C2 RU2347235C2 RU2006128055/09A RU2006128055A RU2347235C2 RU 2347235 C2 RU2347235 C2 RU 2347235C2 RU 2006128055/09 A RU2006128055/09 A RU 2006128055/09A RU 2006128055 A RU2006128055 A RU 2006128055A RU 2347235 C2 RU2347235 C2 RU 2347235C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- modulation
- output
- quadrature
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к радиолокационной измерительной технике и может быть использовано в РЛС с непрерывным периодическим излучением с произвольной треугольной частотной модуляцией (ЧМ), измеряющей положение целей в координатах дальность - частота, а также в РЛС картографирования типа РСА.The present invention relates to radar measuring technology and can be used in radar with continuous periodic radiation with arbitrary triangular frequency modulation (FM), which measures the position of targets in the coordinates range - frequency, as well as in radar mapping type RSA.
Известны радиолокационные устройства измерения дальности, использующие непрерывный линейно частотно-модулированный сигнал (ЛЧМ) в качестве зондирующего, в которых информация о измеряемой дальности R извлекается из разности частот Δf зондирующего сигнала и сигнала, отраженного целью [1, стр.289]. При работе по одной ветви модулирующего сигнала оценка дальности от РЛС до цели R вычисляется по формуле:Known radar range measuring devices using a continuous linearly frequency-modulated signal (LFM) as a probe signal, in which information about the measured range R is extracted from the frequency difference Δf of the probe signal and the signal reflected by the target [1, p. 289]. When working on one branch of the modulating signal, the estimate of the range from the radar to the target R is calculated by the formula:
R=сΔf/2Клчм,R = cΔf / 2K LChM
где Клчм=Δfдев/Ти - крутизна перестройки частоты зондирующего сигнала на измерительном интервале Ти модулирующей функции,where K LCHM = Δf dev / T and is the steepness of the frequency tuning of the probe signal in the measuring interval T and the modulating function,
с - скорость света,c is the speed of light
Δfдев - девиация частоты зондирующего сигнала на измерительном интервале.Δf dev - the frequency deviation of the probe signal in the measuring interval.
Поскольку относительная погрешность измерения определяется в том числе и относительной погрешностью крутизны Клчм, очевидно, что нелинейность модуляции частоты γ зондирующего сигнала должна соответствовать разрешению РЛС по дальности δR:Since the relative measurement error is also determined by the relative steepness error K lm , it is obvious that the nonlinearity of the modulation of the frequency γ of the probing signal must correspond to the radar resolution in range δ R :
γ<1+δR/Rmax,γ <1 + δ R / R max ,
где Rmax - максимальная измеряемая РЛС дальность.where R max - the maximum measured radar range.
Известен способ формирования периодического ЛЧМ сигнала в РЛС измерения расстояния [2]. Согласно способу ЛЧМ зондирующий сигнал формируется генератором, частота которого управляется напряжением. Текущая несущая частота зондирующего сигнала с помощью гетеродина с эталонной частотой переносится на промежуточную, делится на целое число, далее измеряется и сравнивается с текущим расчетным значением. По сигналу ошибки процессор корректирует цифровую последовательность, преобразуемую в аналоговое напряжение, управляющее частотой генератора.A known method of generating a periodic LFM signal in a radar measuring distance [2]. According to the LFM method, a probe signal is generated by a generator whose frequency is controlled by voltage. The current carrier frequency of the probe signal with the help of a local oscillator with a reference frequency is transferred to an intermediate one, divided by an integer, then it is measured and compared with the current calculated value. Based on the error signal, the processor corrects the digital sequence that is converted to an analog voltage that controls the frequency of the generator.
Недостатком способа является невозможность воспроизведения закона модуляции зондирующих сигналов разных периодов повторения с точностью до фазы, соответственно невозможность проведения межпериодной когерентной обработки сигнала.The disadvantage of this method is the inability to reproduce the law of modulation of the probing signals of different repetition periods accurate to phase, respectively, the impossibility of conducting inter-period coherent signal processing.
Известен способ формирования ЛЧМ сигнала [3], в котором частоту выходного ЛЧМ сигнала получают путем умножения частоты первичного ЛЧМ сигнала с меньшей девиацией в целое число раз. Первичный ЛЧМ сигнал формируют с помощью генератора, управляемого напряжением. Для контроля закона модуляции текущей частоты первичного сигнала ее делят в целое число раз, измеряют, сравнивают с текущей расчетной, вырабатывают сигнал ошибки и корректируют оцифрованную расчетную последовательность, управляющую через цифро-аналоговое преобразование частотой генератора первичного сигнала.A known method of generating a chirp signal [3], in which the frequency of the output chirp signal is obtained by multiplying the frequency of the primary chirp signal with less deviation by an integer number of times. The primary LFM signal is generated using a voltage controlled oscillator. To control the law of modulation of the current frequency of the primary signal, it is divided by an integer number of times, measured, compared with the current calculated one, an error signal is generated and the digitized calculated sequence is corrected, which controls the frequency of the primary signal generator through digital-to-analog conversion.
Недостатком способа является некогерентность зондирующих сигналов разных периодов. Обратная связь по частоте не обеспечивает повторение закона модуляции частоты первичного сигнала с точностью до фазы, соответственно не позволяет проводить межпериодную когерентную обработку сигнала, уточнить доплеровский сдвиг и дальность до цели.The disadvantage of this method is the incoherence of the probe signals of different periods. Frequency feedback does not ensure the repetition of the law of modulation of the frequency of the primary signal with an accuracy of up to phase; accordingly, it does not allow for inter-period coherent signal processing, and clarifies the Doppler shift and range to the target.
В способе формирования периодического ЧМ зондирующего сигнала с симметричной треугольной модуляцией, описанном в [4] и примененном в РЛС, измеряющей дальность и скорость сближения с целью, частота выходного генератора управляется периодическим модулирующим напряжением, которое рассчитывают, вводят в память, считывают в расчетные моменты времени, преобразуют в аналоговое и фильтруют в фильтре низкой частоты. Нелинейность модуляционной характеристики выходного генератора компенсируется расчетом формы модулирующего напряжения. Особенностью способа является то, что для уменьшения амплитуды пульсаций модулирующего аналогового напряжения, полученного из оцифрованных значений, соответственно паразитных составляющих спектра разностной частоты зондирующего и отраженного сигналов, считывание памяти производят в расчетные моменты времени, не эквидистантно отстоящие друг от друга.In the method of generating a periodic FM probing signal with symmetric triangular modulation described in [4] and used in a radar measuring the range and speed of approach with a target, the frequency of the output generator is controlled by a periodic modulating voltage, which is calculated, entered into memory, and read at calculated times are converted to analog and filtered in a low-pass filter. The nonlinearity of the modulation characteristics of the output generator is compensated by the calculation of the shape of the modulating voltage. A feature of the method is that in order to reduce the amplitude of the ripples of the modulating analog voltage obtained from the digitized values, respectively the spurious components of the spectrum of the difference frequency of the probing and reflected signals, the memory is read at the calculated time points that are not equidistant from each other.
Недостатком способа является неучет возможных уходов модуляционной характеристики выходного генератора, связанных со старением, изменением температуры, напряжения питания. Режим межпериодной когерентной обработки сигнала здесь так же не возможен.The disadvantage of this method is the neglect of possible departures of the modulation characteristics of the output generator associated with aging, changes in temperature, voltage. The inter-period coherent signal processing mode is also not possible here.
В способе формирования периодического ЧМ сигнала с симметричной треугольной модуляцией [5], взятом в качестве прототипа, формирование напряжения модуляции несущей частоты выходного генератора производится путем генерирования цифровых отсчетов в фиксированные моменты времени, преобразования их в дискретные аналоговые отсчеты и низкочастотной фильтрации, при этом формирование цифровых отсчетов модулирующего напряжения производится рекурсивно как сумма текущего напряжения предыдущего периода и корректирующего. Для расчета текущего корректирующего напряжения как функции относительного отклонения мгновенного периода разностной частоты от среднего измеряют мгновенный и средний период разностной частоты.In the method of generating a periodic FM signal with symmetric triangular modulation [5], taken as a prototype, the modulation voltage of the carrier frequency of the output generator is generated by generating digital samples at fixed times, converting them to discrete analog samples and low-pass filtering, while digital The readings of the modulating voltage are made recursively as the sum of the current voltage of the previous period and the corrective one. To calculate the current correction voltage as a function of the relative deviation of the instantaneous period of the difference frequency from the average, measure the instantaneous and average period of the difference frequency.
Недостатком способа является то, что ЧМ сигналы разных периодов не являются когерентными и не могут быть использованы при когерентном межпериодном накоплении. Кроме того, обеспечение высокой линейности частотной модуляции для снижения погрешности измерения дальности достаточно сложно, связано с необходимостью получения опорного сигнала, задержанного относительно зондирующего, по работе с которым рассчитывается корректирующее напряжение. Для РЛС, работающей с многоцелевым отраженным сигналом, в том числе по протяженной цели, для создания опорного сигнала необходимы устройство задержки зондирующего сигнала, отдельный смеситель для получения разностной частоты между опорным и зондирующим сигналами, устройства измерения текущего мгновенного и среднего периодов разностной частоты. Относительная погрешность измерения порядка 0,1%, достигнутая этим способом, недостаточна при измерениях больших расстояний с высоким разрешением и точностью.The disadvantage of this method is that FM signals of different periods are not coherent and cannot be used with coherent inter-period accumulation. In addition, ensuring high linearity of the frequency modulation to reduce the error of range measurement is quite difficult, due to the need to obtain a reference signal delayed relative to the probing signal, from which the correction voltage is calculated. For a radar operating with a multipurpose reflected signal, including for an extended target, to create a reference signal, a probe signal delay device, a separate mixer for obtaining the difference frequency between the reference and probing signals, and devices for measuring the current instantaneous and average periods of the difference frequency are required. The relative measurement error of the order of 0.1% achieved by this method is insufficient when measuring large distances with high resolution and accuracy.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения в РЛС с периодическим частотно-модулированным сигналом с произвольной треугольной модуляцией за счет обеспечения высокой линейности изменения несущей частоты во времени с обеспечением возможности межпериодного когерентного накопления.The aim of the invention is to increase the measurement accuracy in a radar with a periodic frequency-modulated signal with arbitrary triangular modulation by providing a high linearity of the carrier frequency in time with the possibility of inter-period coherent accumulation.
Поставленная цель достигается тем, что способ формирования зондирующего периодического ЧМ сигнала для РЛС, измеряющей положение целей в координатах дальность - частота, включающий генерирование цифровых отсчетов в фиксированные моменты времени, преобразование их в дискретные аналоговые отсчеты и низкочастотную фильтрацию дискретных аналоговых отсчетов, формирование выходного частотно-модулированного зондирующего сигнала, прием отраженного сигнала, смешение его с частью мощности зондирующего, выделение сигнала разностной частоты на измерительном интервале, являющемся частью периода модуляции, отличается тем, что последовательность операций генерирования цифровых отсчетов в фиксированные моменты времени, преобразования их в дискретные аналоговые отсчеты и низкочастотной фильтрации обеспечивает получение аналоговых квадратурных (синусных и косинусных) частотно-модулированных на видеочастоте сигналов с треугольной частотной модуляцией с требуемым периодом модуляции и с девиацией Δωв m раз меньшей требуемой девиации зондирующего сигнала Δωз, где m - целое число, формирование частотно-модулированного зондирующего сигнала включает перенос квадратурного частотно-модулированного на видеочастоте сигнала на более высокую несущую с помощью квадратурного балансного смесителя, умножение частоты полученного сигнала в m раз, усиление сигнала до требуемой мощности в заданной Δωз полосе частот.This goal is achieved by the fact that the method of generating a probe periodic FM signal for a radar measuring the position of targets in the coordinates range - frequency, including the generation of digital samples at fixed points in time, converting them into discrete analog samples and low-pass filtering of discrete analog samples, generating output frequency modulated probing signal, receiving the reflected signal, mixing it with part of the probing power, extracting the difference frequency signal and the measurement interval, which is part of the modulation period, is characterized in that the sequence of operations for generating digital samples at fixed points in time, converting them into discrete analog samples and low-pass filtering provides analog quadrature (sine and cosine) frequency-modulated signals with a triangular frequency modulation with the required modulation period and deviation Δω is m times less than the required deviation of the probe signal Δω s , where m is an integer lo, the formation of a frequency-modulated signal probing involves the transfer of quadrature frequency modulated signal at video frequency to a higher carrier using quadrature balanced mixer, frequency multiplication of the received signal in the m times, the signal gain to the desired power in a predetermined frequency band of Δω.
Для обеспечения точной настройки несущей частоты зондирующего сигнала и повышения мощности сигнала, поступающего на умножитель частоты в m раз, выполняют дополнительный сдвиг несущей частоты умножаемого сигнала с помощью смесителя сдвига на ФАПЧ.To ensure fine tuning of the carrier frequency of the probe signal and increase the power of the signal supplied to the frequency multiplier by a factor of m, an additional shift of the carrier frequency of the multiplied signal is performed using a PLL shift mixer.
Согласно предлагаемому способу формируется последовательность квадратурных (синусных и косинусных) цифровых отсчетов периодического видеочастотного ЧМ сигнала с треугольной модуляцией, которая в фиксированные моменты времени преобразуется в дискретные квадратурные аналоговые отсчеты и фильтруется низкочастотным фильтром. Период модуляции частоты квадратурных сигналов Uc(ωв,t) и Us(ωв,t) соответствует требуемому периоду модуляции зондирующего сигнала ТМ. Частота квадратурных сигналов описывается выражением:According to the proposed method, a sequence of quadrature (sine and cosine) digital samples of a periodic video frequency FM signal with a triangular modulation is formed, which at fixed times is converted into discrete quadrature analog samples and filtered by a low-pass filter. The frequency modulation period of the quadrature signals U c (ω in , t) and U s (ω in , t) corresponds to the required modulation period of the probe signal T M. The frequency of quadrature signals is described by the expression:
где k1 и k2 - крутизны ЧМ модуляции сигнала на разных сторонах треугольника,where k 1 and k 2 are the steepnesses of the FM modulation of the signal on different sides of the triangle,
n - номер периода закона модуляции зондирующего сигнала,n is the number of the period of the modulation law of the probe signal,
-k1T1=k2(TM-T1).-k 1 T 1 = k 2 (T M -T 1 ).
При этом девиация частоты сформированного квадратурного видеосигнала Δω в выбирается в m раз меньше требуемой девиации зондирующего сигнала Δωз, где m - целое число.In this case, the frequency deviation of the generated quadrature video signal Δω is selected m times less than the required deviation of the probing signal Δω s , where m is an integer.
Из квадратурных аналоговых напряжений Uc(ωв,t) и Us(ωв,t) и напряжения с частотой сдвига Uo(t)=cos(ωоt+φо), поступающих в квадратурный балансный смеситель, формируется первичный ЧМ сигнал на частоте ωкбс(t)=(ωо+ωв(t)Of the quadrature analog voltages U c (ω a, t) and U s (ω a, t) and a voltage with a frequency offset U o (t) = cos ( ω a t + φ o) entering the quadrature balanced mixer formed primary FM signal at a frequency ω kbs (t) = (ω о + ω в (t)
Uкбс(t)=cos[ωкбс(t)t+φо],U kbs (t) = cos [ω kbs (t) t + φ о ],
который дополнительно смещается по частоте в смесителе сдвига на ФАПЧ с целью как повышения спектральной чистоты сигнала, его мощности, так и обеспечения возможности регулировки выходной несущей частоты зондирующего сигнала. Сигнал после смесителя сдвига описывается выражением:which is additionally shifted in frequency in the PLL shift mixer in order to both increase the spectral purity of the signal, its power, and provide the possibility of adjusting the output carrier frequency of the probe signal. The signal after the shear mixer is described by the expression:
Uсдв(t)=cos[(ωсдв+ωкбс(t))t+φо+φсдв].U sdv (t) = cos [(ω sdv + ω kbs (t)) t + φ о + φ sdv ].
Далее путем умножения частоты в m раз и усиления мощности получают зондирующий на частоте ωн=m(ωо+ωсдв+ωв(t)) с девиацией Δωдев=2π Δfдев=mΔωв.Further, by multiplying the frequency m times in the power amplification and receive probe at a frequency ω n = m (ω + ω sh about + ω a (t)) with nine deviation Δω = 2π Δf = mΔω in nine.
Сущность изобретения поясняется дальнейшим описанием и чертежами РЛС, реализующими данный способ:The invention is illustrated by a further description and drawings of the radar that implement this method:
Фиг.1 - структурная схема РЛС.Figure 1 - structural diagram of the radar.
На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:
1 - Формирователь квадратурного видеочастотного ЧМ сигнала (ФКВЧМ),1 - Shaper quadrature video frequency FM signal (FCFM),
2 - Квадратурный балансный смеситель (КБС),2 - Quadrature balanced mixer (KBS),
3 - Первый полосовой фильтр (ПФ1),3 - The first band-pass filter (PF1),
4 - Смеситель сдвига (СмСД),4 - Shear mixer (SMSD),
5 - Синтезатор частот (СЧ),5 - Frequency Synthesizer (MF),
6 - Умножитель частоты (Уч),6 - Frequency Multiplier (Uch),
7 - Усилитель мощности (Ум),7 - Power Amplifier (Um),
8 - Второй полосовой фильтр (ПФ2),8 - The second band-pass filter (PF2),
9 - Вычислитель (ВУ),9 - Calculator (WU),
10 - Усилитель низкой частоты (УНЧ),10 - low frequency amplifier (VLF),
11 - Смеситель (См),11 - Mixer (cm),
12 - Направленный ответвитель (НО),12 - Directional coupler (BUT),
13 - Аналого-цифровой преобразователь (АЦП),13 - Analog-to-digital Converter (ADC),
14 - Вторая (приемная) антенна (А2).14 - The second (receiving) antenna (A2).
15 - Первая (передающая) антенна (А1),15 - The first (transmitting) antenna (A1),
Прототипом РЛС, изображенной на фиг.1, реализующей способ формирования когерентного периодического ЧМ сигнала, является РЛС [3, фиг.14], содержащая последовательно соединенные направленный ответвитель 12, смеситель 11, усилитель низкой частоты 10, аналого-цифровой преобразователь 13, первую (передающую) антенну 15, вход которой соединен с первым выходом направленного ответвителя 12, вторую (приемную) антенну 14, выход которой соединен с вторым входом смесителя 11, отличающаяся тем, что в нее введены последовательно соединенные синтезатор частоты 5, смеситель сдвига 4, умножитель частоты 6, усилитель мощности 7, второй полосовой фильтр 8, выход которого подключен к входу направленного ответвителя 12, последовательно соединенные квадратурный балансный смеситель 2 и первый полосовой фильтр 3, выход которого подключен к второму входу смесителя сдвига 4, формирователь квадратурного видеочастотного ЧМ сигнала 1, первый и второй выходы которого подключены к одноименным входам квадратурного балансного смесителя 2, вычислитель 9, второй выход которого соединен с вторым входом формирователя квадратурного видеочастотного ЧМ сигнала 1, первый, второй и четвертый выходы синтезатора частоты 5 подключены к первому входу формирователя квадратурного видеочастотного ЧМ сигнала 1, третьему входу квадратурного балансного смесителя 6 и второму входу аналого-цифрового преобразователя 13 соответственно, выход которого подключен к третьему входу вычислителя, первый вход - выход вычислителя 9 является входом - выходом РЛС.The prototype of the radar shown in FIG. 1, which implements a method for generating a coherent periodic FM signal, is a radar [3, FIG. 14], comprising a directional coupler 12, a mixer 11, a low-frequency amplifier 10, an analog-to-digital converter 13, first ( transmitting) antenna 15, the input of which is connected to the first output of the directional coupler 12, the second (receiving) antenna 14, the output of which is connected to the second input of the mixer 11, characterized in that a frequency synthesizer 5 is connected in series with it, shear mixer 4, frequency multiplier 6, power amplifier 7, second bandpass filter 8, the output of which is connected to the input of the directional coupler 12, sequentially connected quadrature balanced mixer 2 and the first bandpass filter 3, the output of which is connected to the second input of the shear mixer 4, quadrature shaper video FM signal 1, the first and second outputs of which are connected to the inputs of the same name as the quadrature balanced mixer 2, calculator 9, the second output of which is connected to the second input of the quad shaper frequency video frequency FM signal 1, the first, second and fourth outputs of the frequency synthesizer 5 are connected to the first input of the quadrature video frequency FM signal shaper 1, the third input of the quadrature balanced mixer 6 and the second input of the analog-to-digital converter 13, respectively, the output of which is connected to the third input of the calculator, the first input - the output of the computer 9 is the input - output of the radar.
В качестве формирователя квадратурного видеочастотного ЧМ сигнала 1 может быть использована микросхема AD9854 фирмы Analog Devices.As the shaper of the quadrature video frequency FM signal 1, the AD9854 chip from Analog Devices can be used.
В качестве квадратурного балансного смесителя 2 может быть использована микросхема НМС 495 LP фирмы Hittite Microwave Corp.As a quadrature balanced mixer 2 can be used chip NMS 495 LP company Hittite Microwave Corp.
В качестве смесителя сдвига 4 может быть использована схема сдвига частоты на основе ФАПЧ [6, стр.63, рис.3.2 г].As a shift mixer 4, a PLL-based frequency shift scheme can be used [6, p. 63, Fig. 3.2 g].
Умножитель частоты 6 может быть построен по схеме усилительно-умножительной цепи [7].Frequency multiplier 6 can be constructed according to the amplification-multiplier circuit [7].
Вычислитель 9 может быть выполнен на базе бортовой вычислительной машины [8].The computer 9 can be performed on the basis of the on-board computer [8].
Остальные элементы РЛС (синтезатор частот 5, усилитель низкой частоты 10, смеситель 11, направленный ответвитель 12, антенны 14 и 15) широко используются в радиолокации и не требуют пояснений по реализации.The remaining elements of the radar (frequency synthesizer 5, low-frequency amplifier 10, mixer 11, directional coupler 12, antennas 14 and 15) are widely used in radar and do not require explanation for implementation.
РЛС (фиг.1) работает следующим образом. Прием команд и информации от внешней системы управления, организацию подготовки РЛС к работе, вторичную обработку отраженного сигнала с оценкой дальности и радиальной скорости целей, выдачу измеренной информации в систему управления осуществляет вычислитель 9. Алгоритм его работы приведен на фиг.2Radar (figure 1) works as follows. The reception of commands and information from an external control system, the organization of the preparation of the radar for operation, the secondary processing of the reflected signal with the assessment of the range and radial speed of the targets, the issuance of the measured information in the control system is performed by the calculator 9. The algorithm of its operation is shown in figure 2
Начало работы РЛС инициируется командой включения, данными о угле между направлением визирования и вектором скорости ЛА, приходящими на первый вход - выход от внешней системы управления (поз.16, фиг.2). Вычислитель 9 по заданным условиям работы проводит расчет параметров частотной модуляции зондирующего сигнала (Тм, T1, Δfв) и вводит их в формирователь квадратурного видеочастотного ЧМ сигнала 1 через второй вход (поз.17, фиг.2). В свою очередь, формирователь квадратурного видеочастотного ЧМ сигнала 1, используя тактовую частоту, приходящую с первого выхода синтезатора частоты 5, формирует аналоговые квадратурные напряжения Uc(ωв,t) и Us(ωв,t), поступающие на первый и второй входы квадратурного балансного смесителя 2. В квадратурном балансном смесителе 2 формируется первичный ЧМ сигнал путем сдвига ЧМ видеосигнала на частоту ω2, приходящую с второго выхода синтезатора частоты 5. Выходная частота квадратурного балансного смесителя 2 ωкбс=ω2+ωв после первого полосового фильтра 3 дополнительно сдвигается по частоте в смесителе сдвига 4 на частоту ω3, формируемую на третьем выходе синтезатора частот 5. В результате умножения выходной частоты смесителя сдвига 4 в m раз умножителем частоты 6, усиления в усилителе мощности 7 и полосовой фильтрации на выходе второго полосового фильтра 8 получают зондирующий сигнал на частоте ωн=m(ωo+ωсдв+ωв(t)) с девиацией Δωдев=m 2 π Δ/fВ. Зондирующий сигнал, проходя через направленный ответвитель 12 на первую (передающую) антенну 15, излучается в направлении цели. Отраженный сигнал принимается приемной антенной 14, поступает на смеситель 11, где смешивается с частью мощности зондирующего сигнала, снимаемой с второго выхода направленного ответвителя 12. В результате на выходе смесителя 11 получают сигнал разностной частоты (сигнал биений), который после усиления в усилителе низкой частоты 10 оцифровывается аналого-цифровом преобразователем 13 с тактом частоты f4, приходящей с четвертого выхода синтезатора частот 5, и поступает на третий вход вычислителя 9, где запоминается, производится его внутрипериодная и межпериодная весовая обработка, двумерное преобразование Фурье, в результате первого преобразования производится внутрипериодное сжатие сигнала по дальности на интервале длительностью Ти, начинающегося от τо (максимальная задержка отраженного сигнала) до Т1, после чего вторым преобразованием производится доплеровская фильтрация (межпериодное накопление сигнала) за N периодов модуляции сигнала. В результате получают комплексную амплитуду Q(ti,fi) отраженного сигнала в координатах время (ti) - частота (fj), i - номер выборки сигнала биений на интервале Ти, Полученная матрица комплексных амплитуд Q(ti,fi) сигнала преобразуется в матрицу мощностей сигнала P(ti,fj) в тех же координатах по формуле:The start of the radar operation is initiated by the inclusion command, data on the angle between the direction of sight and the aircraft velocity vector coming to the first input - the output from the external control system (
P(ti,fj)=|Q(ti,fj)|2,P (t i , f j ) = | Q (t i , f j ) | 2
и используется для порогового обнаружения сигнала цели (поз.20 фиг.2):and is used for threshold detection of the target signal (pos.20 of figure 2):
Для точек сцены (ti,fj), где S(ti,fj)=1 (обнаружен сигнал), вычислителем 9 определяется дальность Di,j и радиальная скорость Vi,j обнаруженной цели (поз.21 фиг.2) по формулам:For scene points (t i , f j ), where S (t i , f j ) = 1 (a signal is detected), the calculator 9 determines the range D i, j and the radial velocity V i, j of the detected target (
Di,j=c(ti-fj/k1)/2,D i, j = c (t i -f j / k 1 ) / 2,
Vi,j=fjλ/2,V i, j = f j λ / 2,
где λ - длина волны зондирующего сигнала.where λ is the wavelength of the probe signal.
Измеренные координаты обнаруженных целей (Di,j, Vi,j) выдаются в систему управления через информационную шину, подключенную к первому входу - выходу вычислителя 9 (поз.22, фиг.2).The measured coordinates of the detected targets (D i, j , V i, j ) are output to the control system through the information bus connected to the first input - the output of the calculator 9 (pos.22, Fig.2).
Техническим преимуществом предлагаемого способа формирования ЧМ сигнала и РЛС, реализующей его, пред прототипом является как высокая линейность ЧМ периодического сигнала с треугольной модуляцией (соответственно более высокая точность), так и когерентность зондирующего сигнала в разных периодах повторения модуляции (обеспечиваются высокостабильными частотами синтезатора частоты и прямым цифровым синтезом квадратурного ЧМ сигнала на видеочастоте по цифровым отсчетам, находящимся в памяти, или рассчитываемым в реальном времени). Изменение питающих напряжений, температуры и старение не смогут привести к относительному изменению несущей частоты зондирующего сигнала более чем на 10-4 (определяется параметрами кварцованной эталонной частоты в синтезаторе частоты), что на порядок меньше, чем в способе прототипа. Современная элементная база позволяет получать зондирующий сигнал с заданной линейностью на базе микросхем и узлов, имеющих существенно меньшие габаритно-массовые характеристики, чем в прототипе (не требуется опорный сигнал, для получения которого необходимы СВЧ устройство задержки зондирующего сигнала, отдельный смеситель для получения разностной частоты между опорным и зондирующим сигналами, устройства измерения текущего мгновенного и среднего периодов разностной частоты. Предложенное решение по формированию ЧМ сигнала не известно и соответствует критериям новизны и изобретательского уровня. В частности, цифровые отсчеты, преобразованные в аналоговое напряжение, в настоящем способе использованы не для модуляции частоты выходного генератора, а являются ЧМ сигналом видеочастоты, который путем сдвига по частоте и последующего умножения в целое число раз преобразуется в зондирующий с требуемой девиацией. При этом обеспечивается когерентность зондирующего сигнала в разных периодах повторения за счет обеспечения повторяемости закона модуляции зондирующего сигнала с точностью до фазы.The technical advantage of the proposed method for generating an FM signal and a radar that implements it before the prototype is both the high linearity of the FM periodic signal with triangular modulation (correspondingly higher accuracy) and the coherence of the probe signal in different periods of repetition of the modulation (provided by highly stable frequencies of the frequency synthesizer and direct digital synthesis of a quadrature FM signal at a video frequency using digital samples in memory or calculated in real time). Changes in supply voltages, temperatures, and aging cannot lead to a relative change in the carrier frequency of the probe signal by more than 10 -4 (determined by the parameters of the quartz reference frequency in the frequency synthesizer), which is an order of magnitude less than in the prototype method. The modern element base allows you to receive a probing signal with a given linearity on the basis of microchips and nodes that have significantly lower overall mass characteristics than in the prototype (a reference signal is not required, for which a microwave device for delaying the probing signal is required, a separate mixer to obtain the difference frequency between reference and probing signals, devices for measuring the current instantaneous and average periods of the difference frequency.The proposed solution for the formation of the FM signal is not known but it also meets the criteria of novelty and inventive step.In particular, digital samples converted to analog voltage are not used in this method to modulate the frequency of the output generator, but are an FM video signal, which is converted by a frequency shift and subsequent multiplication by an integer number of times In this case, the probe signal is coherent in different repetition periods by ensuring the repeatability of the modulation law of the probe signal Ala accurate to phase.
Пользуясь сведениями, представленными в материалах заявки, предлагаемая РЛС может быть изготовлена по существующей, известной в радиопромышленности технологии, на базе известных комплектующих изделий и использована при измерениях положения целей в координатах дальность - доплеровская частота.Using the information presented in the application materials, the proposed radar can be manufactured according to the existing technology known in the radio industry, based on well-known components and used to measure the position of targets in the coordinates of the range - Doppler frequency.
Источники информацииInformation sources
1. В.М.Свистов. Радиолокационные сигналы и их обработка. М.: Сов. Радио. 1977 г., стр.289, рис.6.10.1. V.M.Svistov. Radar signals and their processing. M .: Sov. Radio. 1977, p. 289, Fig. 6.10.
2. Патент США № 5387918 от 5.07.95, кл. G01S 13/32. Method and Arrangement for measuring distances using the reflected beam principle.2. US patent No. 5387918 from 05.07.95, CL. G01S 13/32. Method and Arrangement for measuring distances using the reflected beam principle.
3. Патент США № 5546088 от 13.08.96, кл. G01S 13/18. High-precision radar finder.3. US patent No. 5546088 from 08.13.96, cl. G01S 13/18. High-precision radar finder.
4. Патент Японии № 20002244918 от 25.08.2003, кл. G01S 13/34. Waveform generation method, waveform generation program, waveform generation cirquit and radar device.4. Japanese Patent No. 20002244918 of 08.25.2003, cl. G01S 13/34. Waveform generation method, waveform generation program, waveform generation cirquit and radar device.
5. Патент России № 2234716 от 04.03.2003, кл. G01S 13/34. Способ формирования частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией.5. Patent of Russia No. 2234716 dated 03/04/2003, cl. G01S 13/34. A method of generating a frequency modulated signal for a rangefinder with periodic frequency modulation.
6. А.В. Рыжков, Попов В.Н. Синтезаторы частоты в технике радиосвязи. М.: Радио и связь. 1991 г., стр. 63, рис. 3.2 г.6. A.V. Ryzhkov, Popov V.N. Frequency synthesizers in radio technology. M .: Radio and communication. 1991, p. 63, fig. 3.2 g
7. Модуль УУЦ-АРМ, МАВИ 600-0672. ОАО "УПКБ "Деталь" г. Каменск-Уральский Свердловской области.7. The UUTS-ARM module, MAVI 600-0672. OJSC "UPKB" Detail "Kamensk-Uralsky, Sverdlovsk region.
8. Бортовая вычислительная машина ВБ-480-01. Руководство по эксплуатации НКШР.466535.020 РЭ.8. On-board computer VB-480-01. Operation manual NKShR.466535.020 RE.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006128055/09A RU2347235C2 (en) | 2006-08-01 | 2006-08-01 | Method of formation coherent frequency modulated signal for radar stations with periodic fm modulation and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006128055/09A RU2347235C2 (en) | 2006-08-01 | 2006-08-01 | Method of formation coherent frequency modulated signal for radar stations with periodic fm modulation and device for its realisation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006128055A RU2006128055A (en) | 2008-02-20 |
RU2347235C2 true RU2347235C2 (en) | 2009-02-20 |
Family
ID=39266624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006128055/09A RU2347235C2 (en) | 2006-08-01 | 2006-08-01 | Method of formation coherent frequency modulated signal for radar stations with periodic fm modulation and device for its realisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2347235C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476984C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-02-27 | Виктор Владимирович Млечин | Method of maintaining coherence of modulated radio signals |
WO2017082765A1 (en) * | 2015-11-09 | 2017-05-18 | Александр Сергеевич Дмитриев | Method and device for forming chaotic radio pulses |
RU2713433C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" | Method for detection, identification and monitoring of vibrating objects |
-
2006
- 2006-08-01 RU RU2006128055/09A patent/RU2347235C2/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476984C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-02-27 | Виктор Владимирович Млечин | Method of maintaining coherence of modulated radio signals |
WO2017082765A1 (en) * | 2015-11-09 | 2017-05-18 | Александр Сергеевич Дмитриев | Method and device for forming chaotic radio pulses |
RU2713433C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" | Method for detection, identification and monitoring of vibrating objects |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006128055A (en) | 2008-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10330778B2 (en) | Coherent lidar system using tunable carrier-suppressed single-sideband modulation | |
JP3784823B1 (en) | Distance measuring device, distance measuring method, and distance measuring program | |
CN105487067B (en) | Bigness scale and accurate measurement distance signal processing method, the processing module and chirped modulation photon counting laser radar system based on the module | |
CN101036068B (en) | Electro-optical method for measuring distance and detecting a non-ideal chirp profile | |
US7864303B1 (en) | Method for electronic measurement | |
EP3422044B1 (en) | Frequency modulation circuit, fm-cw radar, and high-speed modulation radar | |
KR101239166B1 (en) | Frequency modulated continuous wave proximity sensor | |
JP2008516213A5 (en) | ||
RU2347235C2 (en) | Method of formation coherent frequency modulated signal for radar stations with periodic fm modulation and device for its realisation | |
RU2436117C1 (en) | Method of measuring distance from radiator to controlled medium | |
CN114167440B (en) | Coherent frequency modulation continuous wave distance measurement method and system based on phase noise compensation | |
RU2018864C1 (en) | Method of measuring distance in doppler speed vector meters for flying vehicles | |
Liu et al. | Linearity study of DDS-based W-band FMCW sensor | |
RU2362180C2 (en) | Short-range radiolocator with ultra high resolution (versions) | |
JPH0693025B2 (en) | FM-CW distance measurement method | |
RU2518373C1 (en) | Radar level gauge | |
US11448742B2 (en) | Radar device | |
RU2611587C1 (en) | Base station for remote probing of atmosphere | |
RU95412U1 (en) | NONLINEAR RADAR STATION FOR DETECTION OF RADIO ELECTRONIC EXPLOSION CONTROL DEVICES | |
RU2343499C1 (en) | Nonlinear radar for remote delivery duct monitoring | |
RU207967U1 (en) | CW radio altimeter with phase locked reference | |
SU824116A1 (en) | Method and device for time scale referencing to time-setting signals with harmonic frequency modulation | |
Sakhabutdinov et al. | Radiophotonic Method for Doppler Frequency Shift Measurement of a Reflected Radar Signal Based on Tandem Amplitude-Phase Modulation | |
RU2635366C1 (en) | Method of target range and radial speed in radar station with continuous radiation determination and its realizing device | |
Sorochan et al. | Radio altimeter with J-correlation signal processing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner |