RU2393499C2 - Method to determine object and range - Google Patents

Method to determine object and range Download PDF

Info

Publication number
RU2393499C2
RU2393499C2 RU2007132866/09A RU2007132866A RU2393499C2 RU 2393499 C2 RU2393499 C2 RU 2393499C2 RU 2007132866/09 A RU2007132866/09 A RU 2007132866/09A RU 2007132866 A RU2007132866 A RU 2007132866A RU 2393499 C2 RU2393499 C2 RU 2393499C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
oscillations
received
range
frequency
Prior art date
Application number
RU2007132866/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007132866A (en
Inventor
Анатолий Борисович Атнашев (RU)
Анатолий Борисович Атнашев
Дмитрий Анатольевич Атнашев (RU)
Дмитрий Анатольевич Атнашев
Андрей Борисович Землянов (RU)
Андрей Борисович Землянов
Дмитрий Николаевич Поплевченков (RU)
Дмитрий Николаевич Поплевченков
Original Assignee
Анатолий Борисович Атнашев
Андрей Борисович Землянов
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 Анатолий Борисович Атнашев, Андрей Борисович Землянов filed Critical Анатолий Борисович Атнашев
Priority to RU2007132866/09A priority Critical patent/RU2393499C2/en
Publication of RU2007132866A publication Critical patent/RU2007132866A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2393499C2 publication Critical patent/RU2393499C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: in detection and ranging, proposed method is based on conversion of received signal, multiplying it with delayed reference signal and subsequent analysis of obtained variations. In compliance with this method, received signal is multiplied with signals repeating reference signal with different delay times. Frequency analysis of oscillations obtained by aforesaid conversion is performed to determine signal delay time at which amplitude frequency spectrum of oscillations features maximum peak. Frequency corresponding to said peak and aforesaid signal delay time are used to determine required speed and range. Proposed invention is distinguished for possibility to measure speed of and range to moving object using Doppler method.
EFFECT: higher noise immunity at high sensitivity.
4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области локации и может быть использовано для измерения параметров движения объектов при осуществлении их идентификации и селекции.The invention relates to the field of location and can be used to measure the motion parameters of objects in the process of their identification and selection.

Известен способ радиолокационных измерений [1], основанный на излучении зондирующего сигнала и детектировании отраженного от объекта сигнала, по времени запаздывания которого определяют расстояние от локатора, излучающего зондирующий сигнал, до отражающего объекта. По смещению несущей частоты отраженного сигнала относительно частоты зондирующего сигнала, обусловленного эффектом Доплера, определяют радиальную скорость движения объекта. Реализация способа требует выполнения линейных и нелинейных операций над принимаемыми колебаниями, что является зачастую непростой задачей.A known method of radar measurements [1], based on the radiation of the probe signal and the detection of the signal reflected from the object, the lag time of which determine the distance from the locator emitting the probe signal to the reflecting object. From the offset of the carrier frequency of the reflected signal relative to the frequency of the probe signal due to the Doppler effect, the radial velocity of the object is determined. The implementation of the method requires linear and non-linear operations on the received oscillations, which is often a difficult task.

Известен также способ измерения параметров движения объекта, в частности, радиальной скорости, при осуществлении радиолокации, основанный на преобразовании принятого сигнала с помощью опорного, частота которого равна частоте излучаемого сигнала [2]. Ввиду разности частот, обусловленной доплеровским сдвигом частоты принимаемого сигнала, полученный после преобразования результирующий сигнал будет представлять доплеровские колебания, которые подаются на спектроанализатор. По измеренному значению доплеровской частоты определяют радиальную скорость объекта. Данный способ позволяет реализовать устройства с высокой чувствительностью, что является его несомненным преимуществом, но при этом не позволяет измерять дальность и направление движения объекта, что является его существенным недостатком.There is also a method of measuring the motion parameters of an object, in particular, radial velocity, when performing radar, based on the conversion of the received signal using the reference, the frequency of which is equal to the frequency of the emitted signal [2]. Due to the frequency difference due to the Doppler frequency shift of the received signal, the resulting signal obtained after the conversion will represent Doppler oscillations that are fed to the spectrum analyzer. The measured value of the Doppler frequency determines the radial velocity of the object. This method allows you to implement devices with high sensitivity, which is its undoubted advantage, but it does not allow to measure the range and direction of movement of the object, which is its significant drawback.

Прототипом предлагаемого изобретения выбран способ определения параметров движения объекта в процессе радиолокации, в котором поступающие на вход приемника колебания разветвляются по каналам, рассчитанным на отличающиеся между собой значения времени запаздывания и доплеровской частоты [3]. Обработка сигнала осуществляется с помощью многоканальной корреляционной схемы, количество блоков в которой может достигать нескольких сотен.The prototype of the invention selected a method for determining the parameters of the object’s motion during the radar process, in which the vibrations received at the input of the receiver branch out through channels designed for differing values of the delay time and Doppler frequency [3]. Signal processing is carried out using a multi-channel correlation scheme, the number of blocks in which can reach several hundred.

Недостатком данного способа является сложность его реализации, обусловленная многоканальностью схемы обработки сигнала, как по доплеровским частотам, так и по времени запаздывания.The disadvantage of this method is the complexity of its implementation, due to the multi-channel signal processing scheme, both in Doppler frequencies and in delay time.

Другим недостатком указанного способа является необходимость использования стандартных зондирующих сигналов при выполнении жестких требований, предъявляемых к параметрам системы, что снижает помехоустойчивость схемы обработки сигнала.Another disadvantage of this method is the need to use standard sounding signals when meeting the stringent requirements for system parameters, which reduces the noise immunity of the signal processing circuit.

Задачей изобретения является повышение эффективности методов радиолокации, в частности, за счет обеспечения измерения параметров сигнала посредством единой совокупности операций, и улучшение помехоустойчивости радиотехнических систем.The objective of the invention is to increase the efficiency of radar methods, in particular, by providing measurement of signal parameters through a single set of operations, and improving the noise immunity of radio systems.

Указанная задача решается за счет того, что в способе определения скорости движения и дальности объекта при осуществлении локации, основанном на преобразовании принятого сигнала, перемножении названного сигнала с задержанным опорным сигналом и последующем анализе полученных колебаний, выполняют перемножение принятого сигнала с сигналами, повторяющими опорный сигнал с различными значениями времени задержки, производят частотный анализ колебаний, полученных путем указанного преобразования, по результатам которого определяют время задержки сигнала, при котором амплитудный частотный спектр колебаний имеет наибольший максимум, по значению частоты, соответствующей указанному максимуму, и по времени задержки указанного сигнала определяют искомые скорость движения и дальность объекта. Перекрывая при этом исследуемое пространство по дальности, осуществляют смещение опорного сигнала на различное время, получают множество сигналов, выполняют преобразование принимаемого сигнала, используя данные реализации опорного сигнала, и частотный анализ результирующих колебаний или осуществляют сканирование пространства по дальности, выполняют пошаговое смещение опорного сигнала во времени с последующим преобразованием принимаемого сигнала на каждом шаге и частотным анализом результирующих колебаний. В случае необходимости понижения частоты обрабатываемых сигналов опорный и принятый сигналы предварительно преобразуют путем гетеродинирования.This problem is solved due to the fact that in the method of determining the speed and range of an object when performing a location based on the conversion of the received signal, multiplying the named signal with the delayed reference signal and then analyzing the received oscillations, the received signal is multiplied with signals repeating the reference signal with different values of the delay time, produce a frequency analysis of the oscillations obtained by the specified conversion, the results of which determine the time the signal delay at which the amplitude frequency spectrum of the oscillations has the largest maximum, by the value of the frequency corresponding to the specified maximum, and by the delay time of the specified signal, the desired speed and range of the object are determined. Overlapping the studied space in range, the reference signal is shifted at different times, a lot of signals are received, the received signal is converted using the reference signal implementation data, and the frequency analysis of the resulting oscillations or the distance is scanned by the space, the reference signal is shifted in time with subsequent conversion of the received signal at each step and a frequency analysis of the resulting oscillations. If it is necessary to lower the frequency of the processed signals, the reference and received signals are preliminarily converted by heterodyning.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности, улучшение помехоустойчивости системы локации при более простой структуре схемы обработки сигнала, с помощью которой осуществляют способ.The technical result of the invention is to increase the sensitivity, improve the noise immunity of the location system with a simpler structure of the signal processing circuit with which the method is carried out.

Сущность изобретения рассматривается на примере определения скорости движения и дальности объекта при осуществлении радиолокации и поясняется чертежом, где представлена упрощенная многоканальная схема обработки сигнала.The invention is considered by the example of determining the speed and range of an object when performing radar and is illustrated in the drawing, which shows a simplified multi-channel signal processing scheme.

Согласно чертежу схема содержит многоотводную линию 1 задержки (ЛЗ), каждый из отводов которой отличается от других заранее известным временем задержки сигнала; каналы обработки, каждый из которых включает перемножитель 2, связанный с соответствующим отводом ЛЗ 1 посредством одного из входов, и спектроанализатор 3, соединенный с выходом названного перемножителя; вычислитель 4, подключенный к спектроанализаторам 3 всех каналов, а также к ЛЗ 1. Кроме того, на чертеже обозначены ur - принятый сигнал, который после предварительного преобразования подается на другие входы перемножителей 2 каждого из каналов; ud - опорный сигнал, который подается на вход ЛЗ 1. Схемы формирования указанных сигналов аналогичны используемым в [2] и на чертеже не показаны.According to the drawing, the circuit contains a multi-tap delay line 1 (L3), each of the taps of which differs from the others by a predetermined signal delay time; processing channels, each of which includes a multiplier 2, connected to the corresponding tap LZ 1 through one of the inputs, and a spectrum analyzer 3 connected to the output of the said multiplier; a calculator 4 connected to spectrum analyzers 3 of all channels, as well as to LZ 1. In addition, the figure shows u r - received signal, which after preliminary conversion is fed to the other inputs of multipliers 2 of each channel; u d is the reference signal that is fed to the input of LZ 1. The schemes for generating these signals are similar to those used in [2] and are not shown in the drawing.

Обработка принятого сигнала в процессе локации осуществляют следующим образом.Processing the received signal during the location process is as follows.

Принятый сигнал ur, который получают, как это показано в [2], в результате излучения зондирующего сигнала и преобразования отраженных от объекта колебаний, подают на один из входов перемножителей 2, на другой вход каждого из названных устройств подают задержанный опорный сигнал с одного из отводов ЛЗ 1, входной сигнал ud для которой получают, как правило, ответвлением незначительной части мощности в процессе генерации зондирующего сигнала. Наличие многоотводной ЛЗ 1 позволяет получать множество сигналов, повторяющих с различным временем задержки опорный сигнал. Значение времени задержки каждого из сигналов, используемых в перемножителях 2 в качестве опорных, можно определить по номеру канала, в котором используется данный сигнал, и параметрам ЛЗ 1. С помощью спектроанализаторов 3 определяют частотный спектр колебаний, полученных в результате перемножения соответствующего опорного и принятого сигналов, в каждом канале. Использование для локации широкополосного сигнала, например шумоподобного, или сигнала, представляющего случайный процесс, обуславливает различие в амплитуде спектральных сигналов на выходе каналов, зависящее от взаимного смещения принятого и опорного сигналов во времени. Максимум амплитудного частотного спектра колебаний будет наблюдаться при отсутствии взаимного смещения упомянутых сигналов во времени. При наличии смещения уровень сигнала на выходе канала будет на уровне шума. По поступлению информации от ЛЗ 1 о факте прохождении опорного сигнала с помощью вычислителя 4 сравнивают сигналы на выходе каналов, определяют номер канала с наибольшим уровнем выходного сигнала (с наибольшим уровнем амплитудного частотного спектра результирующих колебаний). Радиальную скорость объекта определяют с помощью вычислителя 4 согласно [1] по значению частоты колебаний на выходе спектроанализатора данного канала. По номеру этого же канала с помощью вычислителя 4 находят смещение (задержку) опорного сигнала. Время запаздывания принятого сигнала будет равно по длительности найденному времени задержки опорного сигнала. Используя эти данные, в соответствии с [1] вычисляют дальность до объекта. При необходимости понижения частоты принимаемых колебаний производят гетеродинирование опорного и принятого сигналов.The received signal u r , which is obtained, as shown in [2], as a result of the radiation of the probe signal and the conversion of the vibrations reflected from the object, is supplied to one of the inputs of the multipliers 2, the delayed reference signal from one of the taps LZ 1, the input signal u d for which is obtained, as a rule, by branching a small part of the power in the process of generating the probing signal. The presence of multi-tap LZ 1 allows you to receive many signals that repeat the reference signal with different delay times. The delay time value of each of the signals used in the multipliers 2 as reference can be determined by the number of the channel in which the given signal is used, and by the parameters of LZ 1. Using the spectrum analyzers 3, we determine the frequency spectrum of the oscillations obtained by multiplying the corresponding reference and received signals in each channel. The use of a broadband signal, for example, noise-like, or a signal representing a random process for location, leads to a difference in the amplitude of the spectral signals at the output of the channels, depending on the mutual displacement of the received and reference signals in time. The maximum amplitude frequency spectrum of oscillations will be observed in the absence of mutual displacement of the mentioned signals in time. If there is a bias, the signal level at the channel output will be at the noise level. Upon receipt of information from LZ 1 about the fact of the passage of the reference signal using calculator 4, the signals at the output of the channels are compared, the channel number is determined with the highest level of the output signal (with the highest level of the amplitude frequency spectrum of the resulting oscillations). The radial velocity of the object is determined using the calculator 4 according to [1] by the value of the oscillation frequency at the output of the spectrum analyzer of this channel. By the number of the same channel using the calculator 4 find the offset (delay) of the reference signal. The delay time of the received signal will be equal in duration to the found delay time of the reference signal. Using this data, in accordance with [1] calculate the distance to the object. If it is necessary to lower the frequency of the received oscillations, the reference and received signals are heterodyned.

Из сравнения данного способа обработки сигнала с прототипом следует, что количество каналов, а тем более количество блоков в схеме уменьшается многократно.From a comparison of this signal processing method with the prototype, it follows that the number of channels, and even more the number of blocks in the circuit, decreases many times.

При реализации способа возможно также использование схемы с последовательным выполнением смещения опорного сигнала с определенным шагом. Последующие перемножение смещенного опорного сигнала с принимаемым, который может быть предварительно записан, и анализ исследуемых колебаний производят на каждом шаге смещения опорного сигнала.When implementing the method, it is also possible to use a circuit with sequentially performing the offset of the reference signal with a certain step. Subsequent multiplication of the biased reference signal with the received one, which can be previously recorded, and the analysis of the studied vibrations is performed at each step of the bias of the reference signal.

Как показали исследования функции, полученной путем сопоставления значений времени задержки опорного сигнала и максимума частотного спектра колебаний, являющихся результатом перемножения опорного и принятого сигналов, график функции имеет выраженный импульсный характер, что обеспечивает возможность указанных выше вычислений при работе схемы в различных условиях, например, при воздействии шума или помех.As shown by studies of the function obtained by comparing the values of the delay time of the reference signal and the maximum frequency spectrum of the oscillations resulting from the multiplication of the reference and received signals, the graph of the function has a pronounced pulse character, which makes it possible to perform the above calculations when the circuit operates under various conditions, for example, under exposure to noise or interference.

Основанный на спектральном анализе данный способ обработки сигнала аналогичен описанному в [2], что обеспечивает его высокую чувствительность и вместе с тем лучшую помехоустойчивость благодаря возможности выбора в зависимости от условий работы локатора, зондирующего сигнала необходимой структуры. При осуществлении локации движущихся объектов благодаря унитарному подходу к обработке сигналов, по значению параметров которых определяют скорость движения объекта и дальность, способ позволяет повысить достоверность идентификации и улучшить селекцию объектов.Based on spectral analysis, this signal processing method is similar to that described in [2], which ensures its high sensitivity and, at the same time, better noise immunity due to the possibility of choosing, depending on the operating conditions of the locator, the probe signal of the required structure. When implementing the location of moving objects due to the unitary approach to processing signals, the value of the parameters of which determine the speed of the object and the range, the method allows to increase the reliability of identification and improve selection of objects.

Источники информацииInformation sources

1. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем. - М.: Радио и связь, 1986, с.17-20.1. Lezin Yu.S. Introduction to the theory and technique of radio systems. - M.: Radio and Communications, 1986, p. 17-20.

2. Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: Сов.радио, 1975, с.84, 85.2. Belotserkovsky G. B. Basics of radar and radar devices. - M .: Sov.radio, 1975, p. 84, 85.

3. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д.Ширмана. М.: Сов. радио, 1970, с.329-330 (прототип).3. Theoretical Foundations of Radar / Ed. J.D. Shirman. M .: Sov. Radio, 1970, p.329-330 (prototype).

Claims (4)

1. Способ определения скорости движения и дальности объекта при осуществлении локации, основанный на преобразовании принятого сигнала, перемножении названного сигнала с задержанным опорным сигналом и последующем анализе полученных колебаний, отличающийся тем, что выполняют перемножение принятого сигнала с сигналами, повторяющими с различными значениями времени задержки опорный сигнал, по результатам частотного анализа колебаний, полученных путем указанного преобразования, определяют время задержки сигнала, при котором амплитудный частотный спектр колебаний имеет наибольший максимум, по значению частоты, соответствующей указанному максимуму, и по времени задержки указанного сигнала определяют искомые скорость движения и дальность объекта.1. The method of determining the speed and range of an object when performing a location, based on the conversion of the received signal, multiplying the named signal with the delayed reference signal and subsequent analysis of the received oscillations, characterized in that the multiplication of the received signal with signals repeating the reference with different values of the delay time the signal, according to the results of the frequency analysis of the oscillations obtained by the specified conversion, determine the delay time of the signal at which the amplitude the frequency spectrum of the oscillations has the largest maximum, according to the frequency value corresponding to the specified maximum, and the desired speed and range of the object are determined by the delay time of the specified signal. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что опорный и принятый сигналы предварительно преобразуют путем гетеродинирования.2. The method according to claim 1, characterized in that the reference and received signals are pre-converted by heterodyning. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, перекрывая исследуемое пространство по дальности, осуществляют смещение опорного сигнала на различное время, получают множество сигналов, выполняют преобразование принимаемого сигнала, используя данные реализации опорного сигнала, и частотный анализ результирующих колебаний.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that, by overlapping the studied space in range, the reference signal is shifted by a different time, a lot of signals are received, the received signal is converted using the reference signal implementation data, and the frequency analysis of the resulting oscillations. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют сканирование пространства по дальности, выполняют пошаговое смещение опорного сигнала во времени с последующими преобразованием принимаемого сигнала на каждом шаге и частотным анализом результирующих колебаний. 4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that they scan the space in range, perform a stepwise shift of the reference signal in time with subsequent conversion of the received signal at each step and the frequency analysis of the resulting oscillations.
RU2007132866/09A 2007-08-24 2007-08-24 Method to determine object and range RU2393499C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007132866/09A RU2393499C2 (en) 2007-08-24 2007-08-24 Method to determine object and range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007132866/09A RU2393499C2 (en) 2007-08-24 2007-08-24 Method to determine object and range

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007132866A RU2007132866A (en) 2009-02-27
RU2393499C2 true RU2393499C2 (en) 2010-06-27

Family

ID=40529488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007132866/09A RU2393499C2 (en) 2007-08-24 2007-08-24 Method to determine object and range

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2393499C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510663C2 (en) * 2012-06-19 2014-04-10 Федеральное казенное предприятие "Нижнетагильский институт испытания металлов" (ФКП "НТИИМ") Radar-tracking method of measurement of range of moving object
RU2799812C1 (en) * 2022-08-09 2023-07-12 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий" Method for determining range, radial velocity and angular position of a target in a cw radar

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Теоретические основы радиолокации./ Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Советское радио, 1970, с.329, 330. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510663C2 (en) * 2012-06-19 2014-04-10 Федеральное казенное предприятие "Нижнетагильский институт испытания металлов" (ФКП "НТИИМ") Radar-tracking method of measurement of range of moving object
RU2799812C1 (en) * 2022-08-09 2023-07-12 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий" Method for determining range, radial velocity and angular position of a target in a cw radar

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007132866A (en) 2009-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2198323B9 (en) Time delay estimation
CN100460891C (en) Method and device for distance measurement by pulse radar
CN102348998B (en) Distance measurement
US20100283659A1 (en) Monobit Based Low Cost High Performance Radar Warning Receiver
JP4930130B2 (en) Active sonar device, received signal processing method for sonar, and signal processing program thereof
EP0493598A1 (en) Apparatus for underground radar tomography
JPH063442A (en) Equipment and method for radar
RU2410650C2 (en) Method to measure level of material in reservoir
CN110109089A (en) A kind of improved method of linear frequency modulation continuous wave detection system range measurement accuracy
RU2393499C2 (en) Method to determine object and range
RU2293997C1 (en) Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets
JP4762739B2 (en) Transceiver
JP3799337B2 (en) FM-CW radar apparatus and interference wave removing method in the apparatus
Houghton et al. Direction finding on spread-spectrum signals using the time-domain filtered cross spectral density
JP4754981B2 (en) Pulse radar equipment
CN112505717B (en) Underwater multi-target range radar system based on frequency domain reflection
JP2000321351A (en) Target detection method and radar device
RU2399888C1 (en) Method of measuring level of material in reservoir
RU2269789C1 (en) Method for determining position of electric relay and communication lines disruption and device for realization of said method
JP4506132B2 (en) How to increase non-ambiguity distance in FSK radar
Battaglini et al. A low-cost ultrasonic rangefinder based on frequency modulated continuous wave
RU2112935C1 (en) Method of diagnostics of technical state of mechanism in process of its operation and gear for its implementation
RU2753829C1 (en) Method for determining anechoic coefficient in radio frequency anechoic chamber and apparatus for implementation thereof
EP2287748A1 (en) Determination of system characteristics
RU2378660C1 (en) Method for detection and definition of radio radiation source coordinates

Legal Events

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

Effective date: 20100825