RU2389040C1 - Query method of measuring radial velocity and system for realising said method - Google Patents

Query method of measuring radial velocity and system for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2389040C1
RU2389040C1 RU2008144998/09A RU2008144998A RU2389040C1 RU 2389040 C1 RU2389040 C1 RU 2389040C1 RU 2008144998/09 A RU2008144998/09 A RU 2008144998/09A RU 2008144998 A RU2008144998 A RU 2008144998A RU 2389040 C1 RU2389040 C1 RU 2389040C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
input
phase
amplifier
Prior art date
Application number
RU2008144998/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Адамович Заренков (RU)
Вячеслав Адамович Заренков
Дмитрий Вячеславович Заренков (RU)
Дмитрий Вячеславович Заренков
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Original Assignee
Вячеслав Адамович Заренков
Дмитрий Вячеславович Заренков
Виктор Иванович Дикарев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Адамович Заренков, Дмитрий Вячеславович Заренков, Виктор Иванович Дикарев filed Critical Вячеслав Адамович Заренков
Priority to RU2008144998/09A priority Critical patent/RU2389040C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2389040C1 publication Critical patent/RU2389040C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: system which realises the said method has two objects. The first object (request unit) has a driving generator, shift register, phase keying device, first and second heterodynes, first and second mixers, first intermediate frequency amplifier, first and second power amplifiers, first duplexer, first transceiving antenna, third intermediate frequency amplifier, phase doubler, phase halver, two narrow band-pass filters, fourth mixer, Doppler frequency measurement device, correlator, range indicator and differentiator connected to each other in a defined way. The correlator is made in form of a multiplier, low-pass filter, low frequency amplifier, controlled delay unit. The second object (transponder) has a second transceiving antenna, second duplexer, third and fourth power amplifiers, third heterodyne, third mixer and second intermediate frequency amplifier.
EFFECT: increased accuracy of measuring distance to an object by using the derivative of a correlation function.
2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемые способ и система относятся к радиолокационной технике и могут использоваться для обеспечения безопасности полета летательных аппаратов, для контроля сближения и стыковки космических аппаратов (КА).The proposed method and system relates to radar technology and can be used to ensure flight safety of aircraft, to control the proximity and docking of spacecraft (SC).

Известны способы и системы измерения радиальной скорости подвижных объектов (авт. свид. СССР №№ 293175, 926611, 1300531; патенты РФ №№ 2111505, 2124760, 2126797, 2131622, 2134910, 2150752, 2309431; патенты США №№ 3714654, 4400780, 4825213, 4495580; патент Великобритании № 2232316; патент Франции № 2037222; патент Германии № 1917140; патенты ЕР №№ 0283723, 0707220; Анодина Т.Г. и др. Автоматизация управления воздушным движением. - М.: Транспорт, 1992, с.145-147 и другие).Known methods and systems for measuring the radial speed of moving objects (ed. Certificate of the USSR No. 293175, 926611, 1300531; RF patents No. 2111505, 2124760, 2126797, 2131622, 2134910, 2150752, 2309431; US patents No. 3714654, 4400780, 482521313 , 4495580; UK patent No. 2232316; French patent No. 2037222; German patent No. 1917140; EP patents No. 0283723, 0707220; TG Anodina et al. Automation of air traffic control. - M .: Transport, 1992, p.145 -147 and others).

Из известных способов и систем наиболее близкими к предлагаемым являются «Запросный способ измерения радиальной скорости и система для его осуществления» (патент РФ № 2309431, G01S 13/78, 2006), которые и выбраны в качестве базовых объектов.Of the known methods and systems closest to the proposed are the "Request method for measuring radial velocity and a system for its implementation" (RF patent No. 2309431, G01S 13/78, 2006), which are selected as the base objects.

Указанный способ основан на излучении запросного сигнала и ретранслировании его. Для выделения доплеровской частоты ретранслированный сигнал сравнивается по частоте с запросным. Развязка запросного и ретранслированного сигналов достигается разносом их по частоте.The specified method is based on the emission of the request signal and relaying it. To isolate the Doppler frequency, the relayed signal is compared in frequency with the interrogated one. The decoupling of the request and relay signals is achieved by spacing them in frequency.

Система, реализующая известный способ, состоит из двух объектов, каждый из которых содержит блок запроса и ретранслятор. Один или оба объекта могут быть подвижными.A system that implements the known method consists of two objects, each of which contains a request block and a relay. One or both objects can be movable.

Для точного измерения дальности до объекта нужно возможно точнее определить временную задержку τ3 ретранслированного сигнала относительно запросного, соответствующую максимуму корреляционной функции R(τ).For accurate measurement of the distance to the object, it is necessary to more accurately determine the time delay τ 3 of the relay signal relative to the interrogation signal, corresponding to the maximum of the correlation function R (τ).

Однако в области максимума корреляционная функция R(τ) имеет очень малую крутизну и изменяется незначительно при изменениях τ (фиг.5, а). Гораздо более благоприятной для поиска максимума является форма производной от корреляционной функции dR(τ)/dt (фиг.5, б). В точке τ=0 производная имеет значительную крутизну и, кроме того, меняет знак в зависимости от положения относительно нулевой точки.However, in the region of the maximum, the correlation function R (τ) has a very small slope and changes insignificantly with changes in τ (Fig. 5, a). Much more favorable for the search for the maximum is the form of the derivative of the correlation function dR (τ) / dt (Fig. 5, b). At the point τ = 0, the derivative has a significant steepness and, in addition, changes sign depending on the position relative to the zero point.

Таким образом, отыскание максимума корреляционной функции R(τ) (максимальный принцип) заменяется минимальным принципом измерения - стабилизацией нулевого значения регулируемой величины τ.Thus, finding the maximum of the correlation function R (τ) (maximum principle) is replaced by the minimum measurement principle - stabilization of the zero value of the controlled variable τ.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения дальности до объекта путем использования производной корреляционной функции.An object of the invention is to increase the accuracy of measuring the distance to the object by using the derivative of the correlation function.

Поставленная задача решается тем, что запросный способ измерения радиальной скорости объектов и расстояния между ними, заключающийся, в соответствии с ближайшим аналогом, в использовании двух объектов. Причем каждый объект снабжен блоком запроса и ретранслятором, кроме того, один или оба объекта могут быть подвижными, на каждом объекте запросный сигнал на частоте ωс манипулируют по фазе на +180° псевдослучайной последовательностью максимальной длительности, формируют тем самым сложный сигнал с фазовой манипуляцией, преобразуют его по частоте с использованием частоты ωг1 первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты ωпр1сг11 усиливают его по мощности, излучают в эфир на частоте ω1пр1, улавливают ретранслятором другого объекта, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты ωг3 третьего гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частотыThe problem is solved in that the interrogation method for measuring the radial velocity of objects and the distance between them, which consists, in accordance with the closest analogue, in the use of two objects. Moreover, each object is equipped with a request unit and a repeater, in addition, one or both objects can be movable, at each object the request signal at a frequency ω s is manipulated by a + 180 ° phase with a pseudo-random sequence of maximum duration, thereby forming a complex signal with phase manipulation, it is converted in frequency by using frequency ω r1 of the first local oscillator is isolated voltage of the first intermediate frequency pr1 ω = ω c + ω 1 = ω r1 increase its power emit the broadcast at the frequency ω 1 = ω pr1, catch Relay Transmission insulator another object, increase in power is converted in frequency by using frequency ω z3 third LO isolated voltage of the second intermediate frequency

ωпр2пр1г32, усиливают его по мощности, излучают в эфир на частоте ω2пр2, улавливают блоком запроса другого объекта, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты ωг2 второго гетеродина, выделяют напряжение третьей промежуточной частоты ωпр3±Ωq=ωг22, умножают и делят его по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте ωпр3±Ωq, сравнивают его по частоте с запросным сигналом на частоте ωс, выделяют доплеровскую частоту ±Ωq и по величине и знаку доплеровской частоты определяют величину и направление радиальной скорости, одновременно сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ωс пропускают через блок регулируемой задержки, отличается от ближайшего аналога тем, что напряжение третьей промежуточной частоты ωпр3±Ωq=ωг22 дифференцируют по времени, перемножают со сложным сигналом с фазовой манипуляцией на частоте ωc, пропущенным через блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, формируя тем самым производную корреляционной функции: np2 ω = ω -ω z3 pr1 = ω 2, increase its power emit broadcast at frequency ω 2 = ω np2, capture unit request of another object, increase in power is converted in frequency by using frequency ω r2 of the second local oscillator is isolated voltage of the third intermediate frequency ω PR3 Ωq = ± ω z22, multiply and divide it into two phase, is isolated harmonic oscillation at frequency ω PR3 ± Ωq, compare it with a frequency interrogation signal at frequency ω s, the Doppler frequency ± isolated Ωq and the magnitude and sign of the Doppler frequency determine the magnitude and The pressure of the radial velocity, while the composite signal with a phase shift keying with a frequency ω is passed through the adjustable delay unit is different from the closest analog by the fact that the voltage of the third intermediate frequency ω PR3 ± Ωq = ω z22 is differentiated with respect to time, multiplied with a complex signal with by phase manipulation at a frequency ω c passed through an adjustable delay unit, a low-frequency voltage is isolated, thereby forming a derivative of the correlation function:

dR(τ)/dt,dR (τ) / dt,

где τ - текущая временная задержка,where τ is the current time delay,

изменением задержки τ поддерживают производную корреляционную функцию dR(τ)/dt, на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ3 между запросным и ретранслированным сигналами, соответствующую нулевому значению производной корреляционной функции, и по ее значению определяют расстояние между объектами.by varying the delay τ, the derivative correlation function dR (τ) / dt is maintained at a zero level, the time delay τ 3 between the request and relay signals corresponding to the zero value of the derivative of the correlation function is fixed, and the distance between the objects is determined by its value.

Поставленная задача решается тем, что система для измерения радиальной скорости объектов и расстояния между ними, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, размещенные на каждом объекте блок запроса, включающий последовательно включенные задающий генератор, фазовый манипулятор, второй выход которого соединен с выходом регистра сдвига, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, первый дуплексер, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель третьей промежуточной частоты, удвоитель фазы, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, второй узкополосный фильтр и измеритель доплеровской частоты, последовательно подключенные к выходу фазового манипулятора блок регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен индикатор дальности, перемножитель и фильтр нижних частот, и ретранслятор, включающий последовательно включенные второй дуплексер, вход-выход которого связан с второй приемопередающей антенной, третий усилитель мощности, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты и четвертый усилитель мощности, выход которого соединен с входом второго дуплексера, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена дифференциатором и усилителем низкой частоты, причем выход усилителя третьей промежуточной частоты через дифференциатор подключен к второму входу перемножителя, выход фильтра нижних частот через усилитель низкой частоты подключен к второму входу блока регулируемой задержки.The problem is solved in that a system for measuring the radial speed of objects and the distance between them, containing, in accordance with the closest analogue, a request block located on each object, including a serially connected master oscillator, a phase manipulator, the second output of which is connected to the output of the shift register, the first mixer, the second input of which is connected to the output of the first local oscillator, the amplifier of the first intermediate frequency, the first power amplifier, the first duplexer, the input-output of which is connected to a second transceiver antenna, a second power amplifier, a second mixer, the second input of which is connected to the output of the second local oscillator, a third intermediate frequency amplifier, a phase doubler, a phase divider by two, a first narrow-band filter, a fourth mixer, the second input of which is connected to the output of the master oscillator, the second a narrow-band filter and a Doppler frequency meter, connected in series to the output of the phase manipulator, an adjustable delay unit, to the second output of which a range indicator is connected, a cutter and a low-pass filter, and a repeater including a second duplexer connected in series, the input-output of which is connected to the second transceiver antenna, a third power amplifier, a third mixer, the second input of which is connected to the output of the third local oscillator, a second intermediate frequency amplifier and a fourth power amplifier, the output of which is connected to the input of the second duplexer, differs from the nearest analogue in that it is equipped with a differentiator and a low-frequency amplifier, and the output of the amplifier of the third gap full frequency through a differentiator is connected to the second input of the multiplier, the output of the low-pass filter through a low-frequency amplifier is connected to the second input of the adjustable delay unit.

Система, реализующая предлагаемый способ, содержит два объекта. Структурная схема перового объекта (блоки запроса) представлена на фиг.1. Структурная схема второго объекта (ретранслятора) представлена на фиг.2. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов, показана на фиг.3. Корреляционная функция и ее производная показаны на фиг.4.The system that implements the proposed method contains two objects. The block diagram of the feather object (query blocks) is presented in figure 1. The structural diagram of the second object (repeater) is presented in figure 2. A frequency diagram illustrating signal conversion is shown in FIG. 3. The correlation function and its derivative are shown in Fig.4.

Первый объект (блок запроса) содержит последовательно включенные задающий генератор 1, фазовый манипулятор 3, второй вход которого соединен с выходом регистра 2 сдвига, первый смеситель 5, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 4, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый усилитель 7 мощности, первый дуплексер 8, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной 9, второй усилитель 10 мощности, второй смеситель 12, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 11, усилитель 13 третьей промежуточной частоты, удвоитель 14 фазы, делитель 15 фазы на два, первый узкополосный фильтр 16, четвертый смеситель 17, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 1, второй узкополосный фильтр 18 и измеритель 19 частоты Доплера, последовательно подключенные к выходу усилителя 13 третьей промежуточной частоты, дифференциатор 33, перемножитель 21, фильтр 22 нижних частот, усилитель низкой частоты 23 и блок 24 регулируемой задержки, второй вход которого соединен с выходом фазового манипулятора 3, первый выход соединен со вторым входом перемножителя 21, а второй выход подключен к индикатору 25 дальности. Перемножитель 21, фильтр 22 нижних частот, усилитель 33 низкой частоты и блок 24 регулируемой задержки образуют коррелятор 20.The first object (request block) contains a serially connected master oscillator 1, a phase manipulator 3, the second input of which is connected to the output of the shift register 2, the first mixer 5, the second input of which is connected to the output of the first local oscillator 4, an amplifier 6 of the first intermediate frequency, the first amplifier 7 power, the first duplexer 8, the input-output of which is connected to the first transceiver antenna 9, the second power amplifier 10, the second mixer 12, the second input of which is connected to the output of the second local oscillator 11, the amplifier 13 of the third intermediate of the second frequency, phase doubler 14, phase divider 15 into two, the first narrow-band filter 16, the fourth mixer 17, the second input of which is connected to the output of the master oscillator 1, the second narrow-band filter 18 and the Doppler frequency meter 19 connected in series to the output of the amplifier 13 of the third intermediate frequency, differentiator 33, multiplier 21, low-pass filter 22, low-frequency amplifier 23 and adjustable delay unit 24, the second input of which is connected to the output of the phase manipulator 3, the first output is connected to the second input Yelaya 21, and the second output is connected to the indicator 25 range. The multiplier 21, the low-pass filter 22, the low-frequency amplifier 33 and the adjustable delay unit 24 form a correlator 20.

Второй объект (ретранслятор) содержит последовательно включенные третий гетеродин 29, третий смеситель 30, усилитель 31 второй промежуточной частоты, четвертый усилитель 32 мощности, второй дуплексер 27, вход-выход которого связан со второй приемопередающей антенной 26, и третий усилитель 28 мощности, выход которого соединен со вторым входом третьего смесителя 30.The second object (repeater) contains serially connected third local oscillator 29, third mixer 30, second intermediate frequency amplifier 31, fourth power amplifier 32, second duplexer 27, the input-output of which is connected to the second transceiver antenna 26, and the third power amplifier 28, the output of which connected to the second input of the third mixer 30.

Каждый объект снабжен блоком запроса и ретранслятором. Один или оба объекта могут быть подвижными.Each object is equipped with a request block and a relay. One or both objects can be movable.

Предлагаемый способ реализуется системой, которая работает следующим образом.The proposed method is implemented by a system that operates as follows.

На первом объекте с помощью задающего генератора 1 формируется высокочастотное колебание:At the first object using a master oscillator 1, a high-frequency oscillation is formed:

Uc(t)=Vc·cos(ωc·t+φc), 0≤t≥Tc, U c (t) = V c cos (ω c t + φ c ), 0≤t≥T c,

где Vc, ωc, φс, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,where V c , ω c , φ c , T c - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of high-frequency oscillations,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 3. На второй вход последнего подается псевдослучайная последовательность (ПСП) M(t) максимальной длительности с выхода регистратора 2 сдвига, охваченного логической обратной связью. Обратная связь осуществляется путем сложения по модулю двух выходных напряжений, двух или более каскадов и подачи результирующего напряжения на вход первого каскада. Период повторения (длительность) такой кодовой последовательности:which is fed to the first input of the phase manipulator 3. The second input of the latter is fed with a pseudo-random sequence (PSP) M (t) of maximum duration from the output of the shift recorder 2, covered by logical feedback. Feedback is carried out by adding modulo two output voltages, two or more stages, and applying the resulting voltage to the input of the first stage. The repetition period (duration) of such a code sequence:

m=2n-1,m = 2 n -1,

где n - число каскадов регистра сдвига.where n is the number of stages of the shift register.

На выходе фазового манипулятора 3 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн):The output of the phase manipulator 3 produces a complex signal with phase shift keying (PSK):

U'c(t)=Vc·cos[ωc·t+ωк(t)+φс], 0≤t≤Tc,U ' c (t) = V c · cos [ω c · t + ω k (t) + φ s ], 0≤t≤T c ,

где φк(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с псевдослучайной последовательностью M(t), причем φ(t)=const при k·τэ<t<(k+1)·τэ и может изменяться скачком при t=k·τэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …N);where φ к (t) = {0, π} is the manipulated component of the phase, which displays the law of phase manipulation in accordance with the pseudo-random sequence M (t), and φ (t) = const for k · τ е <t <(k + 1 ) · Τ e and can change abruptly at t = k · τ e , i.e. at the borders between elementary premises (k = 1, 2, ... N);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Tcэ·N).τ e , N is the duration and number of chips that make up the signal of duration T c (T c = τ e · N).

Этот сигнал поступает на первый вход первого смесителя 5, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 4This signal is fed to the first input of the first mixer 5, the second input of which is supplied with the voltage of the first local oscillator 4

Uг1(t)=Vг1·cos(ωг1·t+φг1).U g1 (t) = V g1 · cos (ω g1 · t + φ g1 ).

На выходе смесителя 5 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 6 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты:At the output of the mixer 5, voltages of combination frequencies are generated. Amplifier 6 distinguishes the voltage of the first intermediate (total) frequency:

Unpl(t)=Vпр1·cos[ωпр1·t+φк(t)+φпр1], 0≤t≤Тс.U npl (t) = V CR1 · cos [ω CR1 · t + φ k (t) + φ CR1 ], 0≤t≤T s .

где Vпр1=1/2K1·Vc·Vг1;where V pr1 = 1/2 K 1 · V c · V r1;

K1 - коэффициент передачи смесителя;K 1 - gear ratio of the mixer;

ωпр1сг11 - первая промежуточная (суммарная) частота;ω pr1 = ω s + ω g1 = ω 1 - the first intermediate (total) frequency;

φпр1сг1, φ pr1 = φ s + φ g1,

которое после усиления в первом усилителе 7 мощности через дуплексер 8 поступает в приемопередающую антенну 9, излучается ею в эфир на частоте ω1, улавливается приемопередающей антенной 26 второго объекта и через дуплексер 27 и усилитель 28 мощности поступает на первый вход третьего смесителя 30, на второй вход которого подается напряжение третьего гетеродина 29:which after amplification in the first power amplifier 7 through the duplexer 8 enters the transceiver antenna 9, it is broadcasted on the frequency ω 1 , it is captured by the transceiver antenna 26 of the second object and through the duplexer 27 and the power amplifier 28 goes to the first input of the third mixer 30, to the second the input of which the voltage of the third local oscillator 29 is supplied:

Uг3(t)=Vг3·cos(ωг3·t+φг3).U g3 (t) = V g3 · cos (ω g3 · t + φ g3 ).

На выходе смесителя 30 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 31 выделяется напряжение второй промежуточной частоты:At the output of the mixer 30, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 31 is allocated the voltage of the second intermediate frequency:

Unp2(t)=Vпр2·cos[ωпр2·t+φк(t)+φпр2], 0≤t≤Тс.U np2 (t) = V CR2 · cos [ω CR2 · t + φ k (t) + φ CR2 ], 0≤t≤T s .

где Vпр2=1/2K1·Vпр1·Vг3; np2 where V = 1/2 K 1 · V · V r3 pr1;

ωпр2пр1г32 - вторая промежуточная (разностная) частота; np2 ω = ω -ω z3 pr1 = ω 2 - second intermediate (difference) frequency;

φпр2пр1г3, φ pr2 = φ pr1g3 ,

которое после усиления в четвертом усилителе 32 мощности через дуплексер 27 поступает в приемопередающую антенну 26, излучается ею в эфир на частоте ω2, улавливается приемопередающей антенной 9 первого объекта и через дуплексер 8 и усилитель 10 мощности поступает на первый вход второго смесителя 12, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 11:which after amplification in the fourth power amplifier 32 through the duplexer 27 enters the transceiver antenna 26, is radiated by it at a frequency ω 2 , is captured by the transceiver antenna 9 of the first object and through the duplexer 8 and the power amplifier 10 is supplied to the first input of the second mixer 12, to the second the input of which the voltage of the second local oscillator 11 is supplied:

Uг2(t)=Vг2·cos(ωг2·t+φг2).U g2 (t) = V g2 · cos (ω g2 · t + φ g2 ).

На выходе смесителя 12 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 13 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты:At the output of the mixer 12, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 13 is allocated the voltage of the third intermediate (differential) frequency:

Unp3(t-τ3)=Vпр3·cos[(ωпр3·±Ωд)(t-τ3)-φk(t-τ3)+φпр3], 0≤t≤Tс.U np3 (t-τ 3 ) = V pr3 · cos [(ω pr3 · ± Ω d ) (t-τ 3 ) -φ k (t-τ 3 ) + φ pr3 ], 0≤t≤T s .

где Vпр3=1/2K1·Vпр2·Vг2; PR3 where V = 1/2 K 1 · V · V r2 np2;

ωпр3г2пр2с - третья промежуточная (разностная) частота; PR3 ω = ω z2np2 = ω s - third intermediate (difference) frequency;

φпр3г2пр2;, PR3 φ = φ r2 np2 -φ; ,

τ3=2R/C - время запаздывания ретраслированного сигнала относительно запросного;τ 3 = 2R / C is the delay time of the retranslated signal relative to the request;

R - расстояние между объектами;R is the distance between the objects;

С - скорость распространения радиоволн;C is the propagation velocity of radio waves;

±Ωд - доплеровское смещение частоты,± Ω d - Doppler frequency shift,

которое поступает на вход удвоителя 14 фазы. В качестве последнего может использоваться перемножитель, на два входа которого подается одно и то же напряжение.which is fed to the input of the doubler 14 phase. As the latter, a multiplier can be used, on the two inputs of which the same voltage is supplied.

На выходе удвоителя 14 фазы образуется гармоническое колебание:At the output of the phase doubler 14, a harmonic oscillation is formed:

U2(t-τ3)=V2·cos[2(ωпр3·±Ωд)(t-τ3)+2φпр3], 0≤t≤Tc,U 2 (t-τ 3 ) = V 2 · cos [2 (ω pr3 · ± Ω d ) (t-τ 3 ) + 2φ pr3 ], 0≤t≤T c ,

где V2=1/2K2·V2пр3;wherein V 2 = 1/2 K 2 · V 2 PR3;

K2 - коэффициент передачи перемножителя,K 2 - transfer coefficient of the multiplier,

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует, так как 2φk(t-τ3)={0, π}.in which phase manipulation is already absent, since 2φ k (t-τ 3 ) = {0, π}.

Ширина спектра Δfc сложного ФМн-сигнала определяется длительностью τ3 его элементарных посылок:The width of the spectrum Δf c of the complex QPSK signal is determined by the duration τ 3 of its elementary premises:

Δfc=1/τ3.Δf c = 1 / τ 3 .

Тогда как ширина спектра Δf2 его второй гармоники определяется длительностью сигнала Тс:Whereas the width of the spectrum Δf 2 of its second harmonic is determined by the signal duration T s :

Δf2=1/Tc.Δf 2 = 1 / T c .

Следовательно, при удвоении фазы широкополосного ФМн-сигнала его спектр сворачивается в N раз:Therefore, when doubling the phase of the broadband QPSK signal, its spectrum collapses N times:

Δfc/Δf2=N.Δf c / Δf 2 = N.

Это колебание поступает на вход делителя 15 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое колебание:This oscillation enters the input of the phase divider 15 into two, at the output of which a harmonic oscillation is formed:

U3(t-τ3)=V3·cos[(ωпр3·±Ωд)(t-τ3)+φпр3], 0≤t≤Tc,U 3 (t-τ 3 ) = V 3 · cos [(ω pr3 · ± Ω d ) (t-τ 3 ) + φ pr3 ], 0≤t≤T c ,

которое выделяется узкополосным фильтром 16 и поступает на первый вход четвертого смесителя 17. На второй вход последнего подается запросный сигнал Uc(t) с выхода задающего генератора 1. На выходе смесителя 17 образуются напряжения комбинационных частот. Узкополосным фильтром 18 выделяется напряжение доплеровской частоты:which is allocated by a narrow-band filter 16 and supplied to the first input of the fourth mixer 17. The second signal of the last one is supplied with a request signal U c (t) from the output of the master oscillator 1. At the output of the mixer 17, the frequencies of combination frequencies are generated. The narrow-band filter 18 distinguishes the voltage of the Doppler frequency:

U4(t)=V4·cos(±Ωд·t+φ4), 0≤t≤Tc,U 4 (t) = V 4 · cos (± Ω d · t + φ 4 ), 0≤t≤T c ,

где V4=1/2K1·Vc·V3, 4 where V = 1/2 K 1 · V c · V 3,

φ4спр3, которое поступает на вход измерителя 19 доплеровской частоты, который обеспечивает измерение доплеровской частоты ±Ωд. Причем величина и знак доплеровской частоты определяют величину и направление радиальной скорости.φ 4 = φ withpr3 , which is fed to the input of the Doppler frequency meter 19, which provides a measurement of the Doppler frequency ± Ω d . Moreover, the magnitude and sign of the Doppler frequency determine the magnitude and direction of the radial velocity.

Одновременно напряжение третьей промежуточной частоты Uпр3(t-τ3) поступает на вход дифференциатора 33, на выходе которого образуется напряжение, пропорциональное:At the same time, the voltage of the third intermediate frequency U pr3 (t-τ 3 ) is supplied to the input of the differentiator 33, the output of which produces a voltage proportional to:

dUпр3(t-τ3)/dt.dU pr3 (t-τ 3 ) / dt.

Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 21, на второй вход которого через блок 24 регулируемой задержки подается сложный ФМн-сигнал U1(t) с выхода фазового манипулятора 3. Полученное на выходе перемножителя 21 напряжение пропускается через фильтр 22 нижних частот, на выходе которого формируется производная корреляционной функции dR(τ)/dt (фиг.4, б). Если указанная производная не равна нулю, то на выходе фильтра 22 нижних частот формируется постоянное напряжение, амплитуда которого пропорциональна степени отклонения производной корреляционной функции от нулевого значения, а полярность - направлению отклонения. Это напряжение через усилитель 23 низкой частоты воздействует на управляющий вход блока 24 регулируемой задержки, изменяя временную задержку τ так, чтобы производная корреляционной функции была равна нулю. Указатель 25 дальности, связанный с блоком 24 регулируемой задержки, позволяет непосредственно считывать измеренное значение расстояния R между объектами:This voltage is supplied to the first input of the multiplier 21, to the second input of which, through the adjustable delay unit 24, a complex QPSK signal U 1 (t) is supplied from the output of the phase manipulator 3. The voltage received at the output of the multiplier 21 is passed through a low-pass filter 22, at the output of which the derivative of the correlation function dR (τ) / dt is formed (Fig. 4, b). If the specified derivative is not equal to zero, then a constant voltage is formed at the output of the low-pass filter 22, the amplitude of which is proportional to the degree of deviation of the derivative of the correlation function from zero, and the polarity to the direction of deviation. This voltage through the low-frequency amplifier 23 affects the control input of the adjustable delay unit 24, changing the time delay τ so that the derivative of the correlation function is equal to zero. The range indicator 25, associated with the adjustable delay unit 24, allows you to directly read the measured value of the distance R between objects:

R=с·τ3/2.R = c · τ 3/2.

Следовательно, задача измерения дальности (расстояния) R сводится к измерению временной задержки τ3 ретранслированного сигнала относительно запросного.Therefore, the task of measuring the range (distance) R is reduced to measuring the time delay τ 3 of the relay signal relative to the request.

Таким образом, предлагаемые способ и система по сравнению с базовыми объектами обеспечивают повышение точности измерения дальности до объекта. Это достигается использованием производной корреляционной функции, которая позволяет значительно повысить точность и чувствительность измерителя.Thus, the proposed method and system in comparison with the basic objects provide an increase in the accuracy of measuring the distance to the object. This is achieved using the derivative of the correlation function, which can significantly increase the accuracy and sensitivity of the meter.

На выходе коррелятора формируется знакопеременный сигнал с большой крутизной в области максимума корреляционной функции (минимума ее производной), который используется для автоматического изменения блока регулируемой задержки. Преимуществом такой схемы является относительная простота получения нужного сигнала рассогласования.An alternating signal with a large slope is formed at the output of the correlator in the region of the maximum of the correlation function (the minimum of its derivative), which is used to automatically change the adjustable delay unit. The advantage of this scheme is the relative simplicity of obtaining the desired error signal.

Claims (2)

1. Запросный способ измерения радиальной скорости объектов и расстояния между ними, заключающийся в использовании двух объектов, причем каждый объект снабжен блоком запроса и ретранслятором, кроме того, один или оба объекта могут быть подвижными, на каждом объекте запросный сигнал на частоте ωс манипулируют по фазе на 180° псевдослучайной последовательностью максимальной длительности, формируют тем самым сложный сигнал с фазовой манипуляцией, преобразуют его по частоте с использованием частоты ωг1 первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты:
ωпр1сг11,
усиливают его по мощности, излучают в эфир на частоте ω1пр1, улавливают ретранслятором другого объекта, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты ωг3 третьего гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты:
ωпр2пр1г32,
усиливают его по мощности, излучают в эфир на частоте ω2пр2, улавливают блоком запроса другого объекта, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты ωг2 второго гетеродина, выделяют напряжение третьей промежуточной частоты:
ωпр3±Ωдг22,
умножают и делят его по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте ωпр3±Ωд и по величине и знаку доплеровской частоты определяют величину и направление радиальной скорости, одновременно сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ωс пропускают через блок регулируемой задержки, отличающийся тем, что напряжение третьей промежуточной частоты ωпр3±Ωдг22, дифференцируют по времени, перемножают со сложным сигналом с фазовой манипуляцией на частоте ωс, пропущенным через блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, формируя тем самым производную корреляционной функции:
dR(τ)/dt,
где τ - текущая временная задержка,
изменением задержки τ поддерживают производную корреляционной функции dR(τ)/dt на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ3 между запросным и ретранслированным сигналами, соответствующую нулевому значению производной корреляционной функции, и по ее значению определяют расстояние между объектами.
1. A request method for measuring the radial speed of objects and the distance between them, which consists in using two objects, each object having a request block and a repeater, in addition, one or both objects can be movable, at each object the request signal at a frequency ω s is manipulated by phase by 180 ° maximum length pseudo-random sequence, thus forming a complex signal with phase shift keying, it is converted in frequency using a frequency ω r1 of the first local oscillator is isolated tense e first intermediate frequency:
ω pr1 = ω s + ω g1 = ω 1 ,
amplify it in power, radiate it on the frequency ω 1 = ω pr1 , capture it with the repeater of another object, amplify it in power, convert it in frequency using the frequency ω g3 of the third local oscillator, isolate the voltage of the second intermediate frequency:
np2 ω = ω -ω z3 pr1 = ω 2,
amplify it in power, radiate it on the frequency ω 2 = ω CR2 , pick it up by the request unit of another object, amplify it in power, convert it in frequency using the frequency ω g2 of the second local oscillator, isolate the voltage of the third intermediate frequency:
PR3 ± Ω ω d = ω z22,
multiply and divide it by phase into two, isolate harmonic oscillation at a frequency ω pr3 ± Ω d and determine the magnitude and direction of the radial velocity by the magnitude and sign of the Doppler frequency, at the same time a complex signal with phase shift keying at a frequency ω s is passed through an adjustable delay unit, which differs in that the voltage of the third intermediate frequency PR3 ± Ω ω d = ω z22 is differentiated with respect to time, multiplied with a complex signal with phase shift keying at frequency ω s, passed through a variable delay unit, allocate nizkoch frequency stress, thereby forming a derivative of the correlation function:
dR (τ) / dt,
where τ is the current time delay,
by varying the delay τ, the derivative of the correlation function dR (τ) / dt is maintained at a zero level, the time delay τ 3 between the request and relay signals corresponding to the zero value of the derivative of the correlation function is fixed, and the distance between the objects is determined by its value.
2. Система для измерения радиальной скорости объектов и расстояния между ними, содержащая размещенные на каждом объекте блок запроса, включающий последовательно включенные задающий генератор, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом регистра сдвига, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, первый дуплексер, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель третьей промежуточной частоты, удвоитель фазы, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, второй узкополосный фильтр и измеритель доплеровской частоты, последовательно подключенные к выходу фазового манипулятора, блок регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен индикатор дальности, перемножитель и фильтр нижних частот, и ретранслятор, включающий последовательно включенные второй дуплексер, вход-выход которого связан с второй приемопередающей антенной, третий усилитель мощности, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты и четвертый усилитель мощности, выход которого соединен с входом второго дуплексера, отличающаяся тем, что она снабжена дифференциатором и усилителем низкой частоты, причем выход усилителя третьей промежуточной частоты через дифференциатор подключен к второму входу перемножителя, выход фильтра нижних частот через усилитель низкой частоты подключен к второму входу блока регулируемой задержки. 2. A system for measuring the radial velocity of objects and the distance between them, containing a request block located on each object, including a serially connected master oscillator, a phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the shift register, the first mixer, the second input of which is connected to the output of the first local oscillator , an amplifier of the first intermediate frequency, a first power amplifier, a first duplexer, the input-output of which is connected to the first transceiver antenna, a second power amplifier, a second mixer , the second input of which is connected to the output of the second local oscillator, an amplifier of the third intermediate frequency, a phase doubler, a phase divider into two, a first narrow-band filter, a fourth mixer, a second input of which is connected to the output of the master oscillator, a second narrow-band filter and a Doppler frequency meter connected in series to the output of the phase manipulator, an adjustable delay unit, to the second output of which a range indicator, a multiplier and a low-pass filter, and a repeater including a follower are connected included a second duplexer, the input-output of which is connected to the second transceiver antenna, a third power amplifier, a third mixer, the second input of which is connected to the output of the third local oscillator, a second intermediate frequency amplifier and a fourth power amplifier, the output of which is connected to the input of the second duplexer, characterized in that it is equipped with a differentiator and a low-frequency amplifier, and the output of the amplifier of the third intermediate frequency through the differentiator is connected to the second input of the multiplier, the output of the filter is lower of these frequencies through a low-frequency amplifier is connected to the second input of the adjustable delay unit.
RU2008144998/09A 2008-11-07 2008-11-07 Query method of measuring radial velocity and system for realising said method RU2389040C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008144998/09A RU2389040C1 (en) 2008-11-07 2008-11-07 Query method of measuring radial velocity and system for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008144998/09A RU2389040C1 (en) 2008-11-07 2008-11-07 Query method of measuring radial velocity and system for realising said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2389040C1 true RU2389040C1 (en) 2010-05-10

Family

ID=42674031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008144998/09A RU2389040C1 (en) 2008-11-07 2008-11-07 Query method of measuring radial velocity and system for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2389040C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468387C1 (en) * 2011-05-06 2012-11-27 Государственное Учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift
RU2518174C2 (en) * 2012-07-02 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук Query-based method of measuring radial velocity and position of glonass global navigation system satellite and system for realising said method
RU2703366C1 (en) * 2018-06-13 2019-10-16 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" Method for early detection of fire and device for its implementation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468387C1 (en) * 2011-05-06 2012-11-27 Государственное Учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift
RU2518174C2 (en) * 2012-07-02 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук Query-based method of measuring radial velocity and position of glonass global navigation system satellite and system for realising said method
RU2703366C1 (en) * 2018-06-13 2019-10-16 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" Method for early detection of fire and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10962634B2 (en) Method in a radar system, radar system, and/or device of a radar system
Gottinger et al. Coherent automotive radar networks: The next generation of radar-based imaging and mapping
US6885438B2 (en) System and method for measuring velocity using frequency modulation of laser output
US20170350964A1 (en) Coherent lidar system using tunable carrier-suppressed single-sideband modulation
CN1751222B (en) Method and device for deriving geodetic distance data
US20110116074A1 (en) Measurement of Speed or Vibration Characteristics Using a Lidar Device with Heterodyne Detection
CN101153911A (en) Radar apparatus, radar apparatus controlling method
CA3034765A1 (en) Method for processing a signal arising from coherent lidar and associated lidar system
EP2788788B1 (en) Method of determining distance and speed of fmcw radar terminals
CN101788671B (en) Multicycle modulation method applied to laser ranging device using chirp amplitude modulation based on heterodyne detection
RU2389040C1 (en) Query method of measuring radial velocity and system for realising said method
RU2518174C2 (en) Query-based method of measuring radial velocity and position of glonass global navigation system satellite and system for realising said method
JP5104425B2 (en) Distance measuring method and distance measuring device
RU2309431C1 (en) Method and device for measuring radial velocity
RU2013121063A (en) CLOCK SYNCHRONIZATION METHOD AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2429503C2 (en) Inquiry method of measurement of radial velocity
RU2427853C1 (en) Phase direction finding method and phase direction finder for implementing said method
RU2623718C1 (en) Time transmission signals modem through the satellite communication duplex channel
RU2697257C1 (en) Method of operating a radar system when measuring the speed of an unmanned aerial vehicle of a small class of multi-copter type and its range
RU2411532C1 (en) Device for determining distance between aircraft
RU2613865C2 (en) Clock synchronisation method and device therefor
RU2539914C1 (en) Clock synchronisation method and device therefor
RU2302645C1 (en) Elevation-time doppler method for determining coordinates of emergency object
RU2008124881A (en) REQUIRED METHOD FOR MEASURING OBJECT PARAMETERS AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION
RU95412U1 (en) NONLINEAR RADAR STATION FOR DETECTION OF RADIO ELECTRONIC EXPLOSION CONTROL DEVICES

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101108