RU2348945C1 - Method of increase of resolution ability of radar-tracking ultrabandwidth sounding - Google Patents
Method of increase of resolution ability of radar-tracking ultrabandwidth sounding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348945C1 RU2348945C1 RU2007125211/09A RU2007125211A RU2348945C1 RU 2348945 C1 RU2348945 C1 RU 2348945C1 RU 2007125211/09 A RU2007125211/09 A RU 2007125211/09A RU 2007125211 A RU2007125211 A RU 2007125211A RU 2348945 C1 RU2348945 C1 RU 2348945C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- objects
- signals
- study
- signal
- sounding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокационного зондирования с использованием сверхширокополосных (СШП) импульсных сигналов длительностью Т и может быть использовано при зондировании нескольких объектов, расстояние между которыми L сопоставимо с сТ, где с - скорость света в среде, т.е. в условиях, когда сигналы, отраженные от нескольких объектов исследования, накладываются друг на друга. Такая проблема возникает, например, при зондировании подповерхностных слоев грунта, в частности многослойного асфальтового покрытия дорог.The invention relates to the field of radar sensing using ultra-wideband (UWB) pulsed signals of duration T and can be used to probe several objects whose distance L is comparable to cT, where c is the speed of light in the medium, i.e. in conditions when the signals reflected from several objects of study overlap each other. Such a problem arises, for example, when probing subsurface soil layers, in particular multilayer asphalt roads.
Известно [1], стр.24, что любой сигнал S(t), который может быть излучен антенной, должен удовлетворять условию: в том числе одиночный многолепестковый зондирующий радиолокационный СШП сигнал.It is known [1], p.24, that any signal S (t) that can be emitted by the antenna must satisfy the condition: including a single multi-lobe probing radar UWB signal.
При СШП радиолокационном зондировании нескольких близкорасположенных объектов исследования возникает проблема разрешения сигналов, принятых от одного и другого объектов. Эта проблема усугубляется наличием помех, несовершенством приемо-передающей аппаратуры и множеством других факторов.In UWB radar sensing of several closely located objects of research, the problem of resolving signals received from one and the other objects arises. This problem is exacerbated by the presence of interference, imperfect transceiver equipment and many other factors.
Традиционным способом предварительной обработки радиолокационного сигнала, отраженного от объекта исследования, является его детектирование - выделение низкочастотной функции - амплитудной (комплексной) огибающей радиоимпульса. При работе с СШП сигналами амплитудная огибающая СШП сигнала, полученная при помощи преобразования Гильберта, не всегда корректно отображает особенности его формы [1] стр.17. При этом не реализуется потенциально высокая разрешающая способность СШП сигналов.The traditional method of preliminary processing of the radar signal reflected from the object of study is its detection - the allocation of the low-frequency function - the amplitude (complex) envelope of the radio pulse. When working with UWB signals, the amplitude envelope of the UWB signal obtained using the Hilbert transform does not always correctly reflect the features of its shape [1] p. 17. In this case, a potentially high resolution of UWB signals is not realized.
Известен [2] Патент RU 2141674 - способ радиолокационного сверхширокополосного зондирования, заключающийся в том, одной антенной излучают импульс, принимают этот импульс другой - удаленной антенной, принятый импульс задерживают, переизлучают и принимают антенной, расположенной в месте первичного излучения. Этот способ позволяет разнести во времени сигналы, полученные от антенны и от окружающих ее конструктивных элементов. При таком способе проблема разрешения решается за счет временного разнесения отраженных сигналов.Known [2] Patent RU 2141674 - a method of radar ultra-wideband sounding, which consists in emitting a pulse with one antenna, receiving this pulse with another - with a remote antenna, the received pulse is delayed, re-emitting and receiving an antenna located in the place of the primary radiation. This method allows to spread in time the signals received from the antenna and from the surrounding structural elements. With this method, the resolution problem is solved by temporarily diversity of the reflected signals.
Недостатком такого способа является ограниченная область применения, связанная с тем, что возможность искусственного разнесения во времени отраженных сигналов от нескольких объектов исследования возникает редко.The disadvantage of this method is the limited scope, due to the fact that the possibility of artificial diversity in time of reflected signals from several objects of study is rare.
Наиболее близким к заявляемому способу является [3], заключающийся в том, что излучают N-лепестковый, зондирующий радиоимпульс, непрерывно принимают отраженный сигнал в выбранном временном окне, обнаруживают и оценивают сигналы от объектов исследования. Для решения задачи разрешения определяют:Closest to the claimed method is [3], which consists in the fact that they emit an N-lobe, probing radio pulse, continuously receive a reflected signal in a selected time window, detect and evaluate signals from objects of study. To solve the problem, permissions determine:
- сигнал прямого прохождения от излучающей к приемной антенне (при зондировании открытого пространства), который вычитают из принятого сигнала при последующих зондированиях среды;- a direct signal from the radiating to the receiving antenna (when probing the open space), which is subtracted from the received signal during subsequent soundings of the medium;
- сигнал полного отражения при зондировании металлического листа, который используют для калибровки последующих зондирований.- a signal of total reflection during sounding of a metal sheet, which is used to calibrate subsequent soundings.
Из сигнала, полученного от объектов исследований, вычитают сигнал прямого прохождения. Затем поочередно обнаруживают наиболее близкий отклик, и с учетом ослабления известного сигнала полного отражения вычитают его из принятого сигнала. Таким образом, теоретически возможно разрешить принятые сигналы.The direct signal is subtracted from the signal received from the objects of research. Then, in turn, the closest response is detected, and taking into account the attenuation of the known signal of total reflection, it is subtracted from the received signal. Thus, it is theoretically possible to resolve the received signals.
Недостатком данного способа является низкая точность. Во-первых, сигнал, прошедший через среду, изменяет частотный спектр, а следовательно, не только амплитуду, но и свою форму. В результате оказывается неправомочным использовать сигнал полного отражения в качестве калибровочного. Во-вторых, рекурсивный характер обработки, при котором каждый новый объект обнаруживается по результатам обнаружения предыдущего, приводит к накоплению ошибок.The disadvantage of this method is the low accuracy. Firstly, the signal passing through the medium changes the frequency spectrum, and therefore, not only the amplitude, but also its shape. As a result, it turns out to be inappropriate to use the full reflection signal as a calibration signal. Secondly, the recursive nature of the processing, in which each new object is detected by the results of the previous one, leads to the accumulation of errors.
Задачей, решаемой данным изобретением, является повышение разрешающей способности СШП зондирования, отраженных от близкорасположенных объектов, а следовательно, получение большего количества и лучшего качества информации от радиолокационного зондирования.The problem solved by this invention is to increase the resolution of UWB soundings reflected from nearby objects, and therefore, to obtain more and better information from radar sensing.
Для решения поставленной задачи в способе повышения разрешающей способности радиолокационного сверхширокополосного зондирования, заключающемся в том, что излучают N-лепестковый зондирующий радиоимпульс, непрерывно принимают отраженный сигнал в выбранном временном окне, обнаруживают и оценивают сигналы от объектов исследования, интегрируют отраженный сигнал в выбранном временном окне N-1 раз, и используют результаты интегрирования для обнаружения и оценки сигналов от объектов исследования.To solve the problem in a method of increasing the resolution of radar ultra-wideband sounding, which consists in emitting an N-lobe probing radio pulse, continuously receiving a reflected signal in a selected time window, detecting and evaluating signals from objects of study, integrating the reflected signal in a selected time window N -1 times, and use the results of integration to detect and evaluate signals from objects of study.
Существенным отличием заявляемого способа от прототипа является то, что при зодндировании N-лепестковым радиоимпульсом интегрируют отраженный сигнал в выбранном временном окне N-1 раз.A significant difference of the proposed method from the prototype is that when archiving the N-lobe radio pulse integrate the reflected signal in the selected time window N-1 times.
В прототипе используют операцию вычитания известных откликов из принятого сигнала.The prototype uses the operation of subtracting known responses from the received signal.
Использование N-1 кратного интегрирования - линейного метода преобразования принимаемых сигналов, позволяет преобразовать их многолепестковую временную структуру в однолепестковую. На фиг.1 показано, что трехлепестковый радиоимпульс после однократного зондирования становится двухлепестковым, а после второго интегрирования - однолепестковым. Если бы такой импульс мог быть излучен антенной, то задача разрешения близкорасположенных объектов значительно упростилась. Интегрирование принятого сигнала для линейной системы эквивалентно интегрированию входного сигнала. Таким образом, интегрирование выходного сигнала значительно упрощает разрешение близкорасположенных объектов.Using N-1 multiple integration - a linear method of converting received signals, allows you to convert their multi-lobe time structure into a single-lobe. Figure 1 shows that a three-petal radio pulse after a single sounding becomes two-petal, and after the second integration - single-petal. If such an impulse could be emitted by the antenna, then the task of resolving nearby objects was greatly simplified. Integrating the received signal for a linear system is equivalent to integrating the input signal. Thus, the integration of the output signal greatly simplifies the resolution of nearby objects.
Заявляемый способ иллюстрируют следующие графические материалы.The inventive method is illustrated by the following graphic materials.
Фиг.1 - результаты последовательного интегрирования трех лепесткового сигнала.Figure 1 - the results of the sequential integration of the three petal signal.
Фиг.2 - парциальные сигналы, отраженные от трех объектов.Figure 2 - partial signals reflected from three objects.
Фиг.3 - суммарный сигнал, отраженный от трех объектов.Figure 3 - the total signal reflected from three objects.
Фиг.4 - результат однократного интегрирования отраженного сигнала.4 is a result of a single integration of the reflected signal.
Фиг.5 - результат двухкратного интегрирования отраженного сигнала.Figure 5 - the result of double integration of the reflected signal.
Рассмотрим возможность реализации заявляемого способа.Consider the possibility of implementing the proposed method.
При радиолокационном зондировании могут использоваться одиночные радиоимпульсы с малым числом временных лепестков N=2-5, например трехлепестковый импульс S(t), изображенный на фиг.1. Такие сигналы обладают СШП спектром. Их обработка возможна в частотной или во временной области. В обоих случаях необходимо обнаружить сигналы, отраженные от объектов исследования, оценить их амплитуду, полярность, временное положение и другие параметры. Такие зондирования используются, например, при исследовании слоев дорожного покрытия. При этом объектами исследования являются границы слоев покрытия, отражающие зондирующий сигнал и обладающие разными диэлектрическими проницаемостями ε. В зависимости от соотношения диэлектрических проницаемостей ε сред отраженные сигналы могут иметь разную полярность.When radar sensing can be used single radio pulses with a small number of time lobes N = 2-5, for example, a three-pulse pulse S (t), shown in figure 1. Such signals have a UWB spectrum. Their processing is possible in the frequency or time domain. In both cases, it is necessary to detect signals reflected from the objects of study, to assess their amplitude, polarity, time position and other parameters. Such soundings are used, for example, in the study of pavement layers. In this case, the objects of study are the boundaries of the coating layers, reflecting the probing signal and possessing different permittivities ε. Depending on the ratio of permittivities ε of the media, the reflected signals can have different polarity.
Если объекты исследования (слои дорожного покрытия) расположены близко друг от друга, то отраженные сигналы накладываются друг на друга. На фиг.2 показаны парциальные сигналы S3i(t), (i=1, 2, 3), отраженные от трех разных слоев. Каждый из них имеет свою амплитуду и форму. Сигнал S32(t) имеет обратную полярность. Суммарный отраженный сигнал S3(t)=S31(t)+S32(t)+S33(t), фиг.3, малопригоден для анализа. Для решения задачи разрешения можно уменьшить длительность зондирующего сигнала S(t), однако это приведет к неоправданному возрастанию стоимости разработки или к технической нереализуемости.If the objects of study (pavement layers) are located close to each other, then the reflected signals overlap each other. Figure 2 shows the partial signals S 3i (t), (i = 1, 2, 3), reflected from three different layers. Each of them has its own amplitude and shape. The signal S 32 (t) has the opposite polarity. The total reflected signal S 3 (t) = S 31 (t) + S 32 (t) + S 33 (t), figure 3, is unsuitable for analysis. To solve the resolution problem, it is possible to reduce the duration of the probe signal S (t), however, this will lead to an unjustified increase in the development cost or to technical unrealizability.
Однократное интегрирование отраженного от объектов сигнала фиг.4 не решает проблему разрешения, а повторное интегрирование фиг.5, позволяет достаточно точно оценить, как временное положение, полярность и амплитуду отраженных сигналов. Указанная оценка может быть получена визуально или с использованием компьютера.Single integration of signal reflected from objects 4 does not solve the resolution problem, but reintegration figure 5, allows you to accurately assess how the temporary position, polarity and amplitude of the reflected signals. The specified assessment can be obtained visually or using a computer.
Заметим, что при помощи предлагаемого линейного преобразования восстановление соотношения амплитуд парциальных сигналов и расстояния между ними возможно даже в случае, когда сигналы задержаны относительно друг друга на время, меньшее длительности периода центральной гармоники спектра сигнала, т.е. в условиях реализации потенциальной разрешающей способности по дальности [4].Note that using the proposed linear transformation, the restoration of the ratio of the amplitudes of the partial signals and the distance between them is possible even in the case when the signals are delayed relative to each other for a time shorter than the length of the period of the central harmonic of the signal spectrum, i.e. in terms of the implementation of potential resolution in range [4].
Таким образом, заявляемый способ позволяет при СШП радиолокационном зондировании обнаружить объекты исследования, приближаясь к потенциальной разрешающей способности.Thus, the inventive method allows for UWB radar sensing to detect objects of study, approaching the potential resolution.
Рассмотрим возможность практической реализации заявляемого способа. На фиг.6 изображена схема устройства, реализующего заявляемый способ, где:Consider the possibility of practical implementation of the proposed method. Figure 6 shows a diagram of a device that implements the inventive method, where:
1. Генератор СШП сигнала.1. UWB signal generator.
2. Передающая антенна.2. Transmitting antenna.
3. Приемная антенна.3. The receiving antenna.
4. Исследуемая многослойная среда.4. The investigated multilayer medium.
5. Стробоскопический приемник.5. Stroboscopic receiver.
6. Управляемая линия задержки.6. Managed delay line.
7. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).7. An analog-to-digital converter (ADC).
8. Компьютер.8. The computer.
По сигналу от компьютера 8 запускается генератор СШП сигнала 1, который излучается антенной 2. СШП сигнал, отраженный от исследуемой многослойной среды 4, поступает в антенну 3. Управляемая компьютером 8 линия задержки 6 запускает стробоскопический приемник 5, который выделяет одну мгновенную амплитуду отраженного сигнала. Аналого-цифровой преобразователь 7 преобразует эту величину в код, который считывается компьютером 8. Частота запуска генератора 1 может составлять десятки килогерц, что не требует высокого быстродействия АЦП 7. Величина задержки 6 задает окно приема и положения точки отсчета в нем. Многократно повторяя измерения, можно усреднить значения этого отсчета отраженного сигнала, а изменяя величину задержки, - получить всю реализацию отраженного сигнала в выбранном временном окне с точностью до масштабно-временного преобразования. Таким образом, в результате многократного зондирования в памяти компьютера 8 сохраняются мгновенные амплитуды отраженного сигнала в окне приема. Интегрирование полученных цифровых отсчетов производится путем последовательного суммирования отсчетов, а многократное - последовательным применением этой процедуры. На фиг.1-5 по оси абсцисс отложены номера отсчетов СШП сигнала. Полученные результаты интегрирования могут быть обработаны оператором визуально, либо известными методами обработки в компьютере 8.The signal from the
Таким образом, предлагаемый способ технически реализуем и позволяет повысить разрешающую способность радиолокационного сверхширокополосного зондирования.Thus, the proposed method is technically feasible and allows you to increase the resolution of radar ultra-wideband sounding.
Список использованной литературыList of references
1. Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. - М.: Радио и связь, 1989. - 192 с.: ил.1. Astanin L.Yu., Kostylev A.A. Basics of ultra-wideband radar measurements. - M .: Radio and communications, 1989 .-- 192 p .: ill.
2. Патент RU 2141674.2. Patent RU 2141674.
3. Патент FR 2626666.3. Patent FR 2626666.
4. Теоретические основы радиолокации / Под ред. В.Е.Дулевича. - М.: Сов. радио, 1978. - 608 с.4. Theoretical Foundations of Radar / Ed. V.E.Dulevich. - M .: Owls. Radio, 1978.- 608 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007125211/09A RU2348945C1 (en) | 2007-07-03 | 2007-07-03 | Method of increase of resolution ability of radar-tracking ultrabandwidth sounding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007125211/09A RU2348945C1 (en) | 2007-07-03 | 2007-07-03 | Method of increase of resolution ability of radar-tracking ultrabandwidth sounding |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2348945C1 true RU2348945C1 (en) | 2009-03-10 |
Family
ID=40528758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007125211/09A RU2348945C1 (en) | 2007-07-03 | 2007-07-03 | Method of increase of resolution ability of radar-tracking ultrabandwidth sounding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2348945C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568430C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Radar space sounding method |
RU2710837C1 (en) * | 2019-08-30 | 2020-01-14 | Михаил Васильевич Захаров | Method of increasing resolution of radar ultra-wideband probing |
-
2007
- 2007-07-03 RU RU2007125211/09A patent/RU2348945C1/en active IP Right Revival
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568430C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Radar space sounding method |
RU2710837C1 (en) * | 2019-08-30 | 2020-01-14 | Михаил Васильевич Захаров | Method of increasing resolution of radar ultra-wideband probing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pochanin et al. | Advances in short-range distance and permittivity ground-penetrating radar measurements for road surface surveying | |
RU2641727C1 (en) | Method of primary impulse-doppler range-finding of targets against background of narrow-band passive jamming | |
Han et al. | Development of a tunable multiband UWB radar sensor and its applications to subsurface sensing | |
GB2289335A (en) | Determining the thickness of a casing in a wellbore from pulse echo data | |
CN112965037B (en) | Radar signal waveform uncertainty test system | |
RU2348945C1 (en) | Method of increase of resolution ability of radar-tracking ultrabandwidth sounding | |
RU2436130C2 (en) | Method and system for radar probing earth interior | |
RU2526222C1 (en) | Method for radar-location determination of ice thickness | |
RU2685702C1 (en) | Method for determining the distance to the surface of earth | |
RU2501032C1 (en) | Method of determining permeability of barrier for broadband radar probing radiation | |
US11029402B2 (en) | Wideband ground penetrating radar system and method | |
RU2399888C1 (en) | Method of measuring level of material in reservoir | |
CN114994418A (en) | Time domain measurement method for field intensity of repetition frequency change or frequency hopping pulse signal radiation field | |
Pochanin et al. | GPR for pavement monitoring | |
RU2510040C2 (en) | Device to determine condition of marine surface | |
Plumb et al. | A waveform-range performance diagram for ground-penetrating radar | |
RU2626068C2 (en) | Method for calibration of parametric tract and device for its implementation | |
RU2632564C1 (en) | Method of detecting and identifying explosives and narcotic substances and device for its implementation | |
RU2414721C1 (en) | Method for radar measurement of speed of an object | |
RU2753829C1 (en) | Method for determining anechoic coefficient in radio frequency anechoic chamber and apparatus for implementation thereof | |
US20170052267A1 (en) | Fourier Domain LOCKIN Imaging for high accuracy and low signal Continuous Wave Sounding | |
RU2421758C1 (en) | Method of determining geometrical and electrophysical parameters of plane layered medium | |
EP0980009B1 (en) | Radar | |
Alberti et al. | A stepped frequency GPR system for underground prospectingGiovanni Galiero, Raffaele Persico, Marco Sacchettino and Sergio Vetrella | |
US20160259045A1 (en) | Wideband Ground Penetrating Radar System and Method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090704 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100827 |