RU2467350C2 - Method and device of signal detection with alternating doppler effect present - Google Patents

Method and device of signal detection with alternating doppler effect present Download PDF

Info

Publication number
RU2467350C2
RU2467350C2 RU2009122420/28A RU2009122420A RU2467350C2 RU 2467350 C2 RU2467350 C2 RU 2467350C2 RU 2009122420/28 A RU2009122420/28 A RU 2009122420/28A RU 2009122420 A RU2009122420 A RU 2009122420A RU 2467350 C2 RU2467350 C2 RU 2467350C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fourier transform
input
output
inverse
signal
Prior art date
Application number
RU2009122420/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009122420A (en
Inventor
Сергей Федорович Быков (RU)
Сергей Федорович Быков
Александр Александрович Блынский (RU)
Александр Александрович Блынский
Алексей Вячеславович Сапрыкин (RU)
Алексей Вячеславович Сапрыкин
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского союза Н.Г.Кузнецова"
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 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского союза Н.Г.Кузнецова" filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского союза Н.Г.Кузнецова"
Priority to RU2009122420/28A priority Critical patent/RU2467350C2/en
Publication of RU2009122420A publication Critical patent/RU2009122420A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2467350C2 publication Critical patent/RU2467350C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: application: method of signal detection with an alternating Doppler effect present relates to the field of special radio engineering and is designed for use in systems of detection and tracking of moving objects. The invention concept is as follows: in the method of signal detection with an alternating Doppler effect present, an operation of matched filtration of received realisation is carried out, consisting in calculation of direct Fourier transform of an input process, multiplication of a complex Fourier spectrum of an input process with a coupled Fourier spectrum of a radiated signal, calculation of a reserve Fourier transform from a result of multiplication, calculation of a squared module and comparison with a threshold, at the same time prior to the operation of calculation of direct Fourier transform, previously an operation is carried out for inverse re-digitisation of the received realisation. The signal detection device comprises an ADC, a recirculator, a calculator of quick Fourier transform, a complex multiplier, a calculator of reverse quick Fourier transform, a calculator of a squared module, a threshold device, a fixed memory. The device additionally comprises a unit of inverse re-digitisation and a control device.
EFFECT: increased noise immunity of signal detection with an alternating Doppler effect present.
2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области специальной радиотехники и может быть использовано в радио и гидролокационных системах при обнаружении сигналов на фоне помех и оценки параметров сигналов.The present invention relates to the field of special radio engineering and can be used in radio and sonar systems when detecting signals against a background of interference and evaluating signal parameters.

Известно, что реализация оптимального приема при решении задачи обнаружения сигналов на фоне помех во многом определяется уровнем знаний о принимаемом сигнале.It is known that the implementation of optimal reception when solving the problem of detecting signals against interference is largely determined by the level of knowledge about the received signal.

Если спектральная характеристика сигнала неизвестна, то используют энергетические методы (эккартовская фильтрация) и устройства приема [1-4], представляющие собой последовательное выполнение операций фильтрации, квадратичного детектирования и интегрирования. Недостаток таких методов заключается в появлении «эффекта подавления малого сигнала», вследствие не использования приемником фазовой информации, содержащейся в принимаемом сигнале.If the spectral characteristic of the signal is unknown, then energy methods (Eckart filtering) and receiving devices [1-4] are used, which are sequential filtering, quadratic detection and integration operations. The disadvantage of such methods is the appearance of a “small signal suppression effect” due to the receiver not using the phase information contained in the received signal.

Для сигналов с неизвестной задержкой, но известной фазовой структурой приходящего сигнала и энергетической спектральной характеристикой шума оптимальным является согласованный фильтр [1-4]. Основным недостатком согласованного фильтра является ограниченность его применения только для класса сигналов с известным и постоянным доплеровским параметром. В случае присутствия неизвестной кинематики носителя сигналов необходима многоканальная схема, осуществляющая фильтрацию по каждому из возможных значений доплеровского параметра. В предлагаемом техническом решении для обнаружения сигналов производится согласованная фильтрация по переменному доплеровскому параметру.For signals with an unknown delay, but with a known phase structure of the incoming signal and the energy spectral characteristic of the noise, the matched filter is optimal [1-4]. The main disadvantage of a matched filter is its limited use only for a class of signals with a known and constant Doppler parameter. In the presence of unknown kinematics of the signal carrier, a multichannel circuit is required that filters each of the possible values of the Doppler parameter. In the proposed technical solution for signal detection, a coordinated filtering is performed by a variable Doppler parameter.

В [5, с.46] показано, что для многих практических задач, связанных с обнаружением локационных сигналов и измерением параметров движения объектов, в выражении для ошибки оценки постоянного доплеровского эффекта можно пренебречь членом, зависящим от переменного доплеровского эффекта. В известных технических решениях, предназначенных для разрешения цели по скорости в одном элементе дальности, переменный доплеровский эффект, как правило, не учитывается [6-11].In [5, p. 46], it was shown that for many practical problems related to the detection of location signals and measuring the parameters of the movement of objects, in the expression for the error in estimating the constant Doppler effect, one can neglect the term depending on the variable Doppler effect. In known technical solutions designed to solve the speed target in one element of range, the variable Doppler effect, as a rule, is not taken into account [6-11].

Однако для быстроманеврирующих целей с большим числом Маха 2ν/с, где ν - относительная скорость сближения цели, с - скорость распространения сигнала, пренебрежение переменным доплеровским эффектом приведет к большим ошибкам рассогласования между принимаемым сигналом и эталоном. Это рассогласование значительно в условиях гидролокационного приема и длинных зондирующих посылок [12].However, for fast maneuvering targets with a large Mach number 2ν / s, where ν is the relative velocity of the target approaching, c is the signal propagation speed, neglect of the variable Doppler effect will lead to large mismatch errors between the received signal and the reference. This mismatch is significant in conditions of sonar reception and long sounding premises [12].

Учет переменного доплеровского параметра необходим главным образом в условиях изменения радиальной скорости цели [13].Accounting for the variable Doppler parameter is necessary mainly in conditions of changing the radial velocity of the target [13].

Рассмотрим примеры, демонстрирующие необходимость учета переменного доплеровского эффекта в задачах гидролокации.Let us consider examples that demonstrate the need to take into account the variable Doppler effect in sonar problems.

Пусть приемник и источник движутся с постоянными скоростями соответственно

Figure 00000001
и
Figure 00000002
. Тогда
Figure 00000003
- текущая координата приемника, а
Figure 00000004
- текущая координата источника, где
Figure 00000005
- расстояние между источником и приемником на момент времени t=0.Let the receiver and source move at constant speeds, respectively
Figure 00000001
and
Figure 00000002
. Then
Figure 00000003
is the current coordinate of the receiver, and
Figure 00000004
is the current coordinate of the source, where
Figure 00000005
- the distance between the source and the receiver at time t = 0.

Расстояние между источником и приемником равноThe distance between the source and receiver is

Figure 00000006
Figure 00000006

Разлагая выражение (1) в ряд Тейлора и ограничиваясь тремя членами разложения, запишемExpanding expression (1) in a Taylor series and restricting ourselves to the three terms of the expansion, we write

Figure 00000007
Figure 00000007

Сигнал на приемнике имеет видThe signal at the receiver has the form

Figure 00000008
Figure 00000008

гдеWhere

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
,
Figure 00000010
,

Figure 00000011
Figure 00000011

Без потери общности положим ψ=0. В этом случаеWithout loss of generality, we set ψ = 0. In this case

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Из анализа (4) можно сделать вывод, что параметр β достигает своего максимального значения при условии ϕ=-ψ=π/2. В этом случае

Figure 00000014
. При значениях, например, ν+u=1 [м/с], r0=100 [м], с=1500 [м/с] параметр β равен 0.0000033. При этом зависимость потери когерентных свойств сигналов от параметра β представлена на фиг.1.From analysis (4), we can conclude that the parameter β reaches its maximum value under the condition ϕ = -ψ = π / 2. In this case
Figure 00000014
. For values, for example, ν + u = 1 [m / s], r 0 = 100 [m], s = 1500 [m / s], the parameter β is equal to 0.0000033. In this case, the dependence of the loss of the coherent properties of the signals on the parameter β is shown in Fig. 1.

Из анализа фиг.1 следует необходимость учета переменного доплеровского эффекта.From the analysis of figure 1 follows the need to take into account the variable Doppler effect.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ согласованной фильтрации принятого сигнала [14].Closest to the proposed invention is a method of coordinated filtering of the received signal [14].

Рассмотренный способ позволяет выделить сигнал на фоне помехи. Суть способа состоит в вычислении прямого преобразования Фурье входного процесса, перемножении комплексного спектра Фурье входного процесса с сопряженным спектром Фурье копии излученного сигнала, вычислении обратного преобразования Фурье от результата перемножения, вычислении квадрата модуля и сравнении с порогом. Обработка производится в реальном масштабе времени, т.е. отсчеты входной реализации обновляются в соответствии с теоремой Котельникова. Превышение порогового значения происходит в момент компенсации задержки τ=0. При этом принимается решение об обнаружении цели, а сам момент будет соответствовать дистанции до цели. Рассмотренный способ является оптимальным с точки зрения отношения сигнал/помеха для детерминированного сигнала и при постоянном доплеровском эффекте. Однако он не позволяет избежать потерь в отношении сигнал/помеха в условиях переменного доплеровского эффекта. Целью предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости за счет уменьшения потерь в отношении сигнал/помеха, связанных с переменным доплеровским эффектом. Поставленная цель достигается тем, что в способ корреляционной обработки эхо-сигналов от движущейся цели, основанный на излучении зондирующего сигнала и согласованной фильтрации принятого процесса, дополнительно вводится операция инверсной передискретизации сигнала с переменным шагом дискретизации.The considered method makes it possible to isolate a signal against a background of interference. The essence of the method is to calculate the direct Fourier transform of the input process, multiply the complex Fourier spectrum of the input process with the conjugate Fourier spectrum of the copy of the emitted signal, calculate the inverse Fourier transform of the result of multiplication, calculate the square of the module and compare with the threshold. Processing is carried out in real time, i.e. samples of the input implementation are updated in accordance with the Kotelnikov theorem. Exceeding the threshold value occurs at the time of delay compensation τ = 0. In this case, a decision is made to detect the target, and the moment itself will correspond to the distance to the target. The considered method is optimal in terms of signal-to-noise ratio for a deterministic signal and with a constant Doppler effect. However, it does not allow avoiding losses in the signal-to-noise ratio under conditions of a variable Doppler effect. The aim of the invention is to increase noise immunity by reducing losses in relation to signal / noise associated with a variable Doppler effect. The goal is achieved by the fact that in the method of correlation processing of echoes from a moving target, based on the radiation of the probe signal and the matched filtering of the received process, an inverse signal sampling operation with a variable sampling step is additionally introduced.

Суть способа состоит в следующем. Для устранения влияния переменного доплеровского эффекта на помехоустойчивость согласованного фильтра предлагается ввести процедуру, которая обладает групповой симметрией:The essence of the method is as follows. To eliminate the influence of the variable Doppler effect on the noise immunity of the matched filter, it is proposed to introduce a procedure that has group symmetry:

Figure 00000015
Figure 00000015

Для реализации процедуры (5) необходимо производить обработку сигнала в двух областях: временной t и инверсно-временной -1/t. Обработка сигнала во временной области заключается в секционировании сигнала с привязкой к определенному моменту времени, который выступает в качестве начального отсчета, и компенсируют задержку τ.To implement procedure (5), it is necessary to process the signal in two areas: time t and time-inverse -1 / t. Signal processing in the time domain consists in sectioning the signal with reference to a specific point in time, which acts as the initial reference, and compensate for the delay τ.

При условии определенности по параметру задержки процедура (5) записывается в виде, характеризующем преобразование сигнала относительно группы инверсных преобразований времени:Subject to certainty with respect to the delay parameter, procedure (5) is written in the form characterizing the signal transformation with respect to the group of inverse time transformations:

Figure 00000016
Figure 00000016

Обратный элемент группы инверсных преобразований времени определяется правилом:The inverse of the group of inverse time transformations is determined by the rule:

Figure 00000017
Figure 00000017

Для перехода в инверсную область времени выполняется преобразование, соответствующее обращению и инверсии носителя сигнала. То есть t→-1/t, где t - носитель сигнала во временной области, -1\t - носитель сигнала в инверсной области. Это необходимо для трансформации переменного доплеровского параметра β в параметр, аналогичный линейному сдвигу τ на группе линейных преобразований времени.To go to the inverse time region, a conversion is performed corresponding to the inversion and inversion of the signal carrier. That is, t → -1 / t, where t is the carrier of the signal in the time domain, -1 \ t is the carrier of the signal in the inverse region. This is necessary to transform the variable Doppler parameter β into a parameter similar to the linear shift of τ on the group of linear time transformations.

Для выполнения операции перехода от t к -1/t в дискретном виде реализована операция инверсной передискретизации сигнала с учетом времени его окончания. Передискретизация проводиться в соответствии с выражением:To perform the operation of transition from t to -1 / t in discrete form, the operation of inverse oversampling of the signal is implemented taking into account the time of its end. Resampling is carried out in accordance with the expression:

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
- индексы отсчетов инверсного сигнала;Where
Figure 00000019
- indices of samples of the inverse signal;

Figure 00000020
- количество отсчетов инверсного сигнала;
Figure 00000020
- the number of samples of the inverse signal;

Figure 00000021
- интервал между инверсными отсчетами;
Figure 00000021
- interval between inverse samples;

n0 - индекс начального отчета интерполяции;n 0 is the index of the initial interpolation report;

nN-1 - индекс последнего отсчета интерполяции.n N-1 is the index of the last interpolation sample.

Инверсная передискретизация заключается в нахождении значений сигнала в промежуточных точках (узлах), определяемых выражением (6), с помощью процедуры интерполяции [26]:Inverse oversampling consists in finding the signal values at intermediate points (nodes) defined by expression (6) using the interpolation procedure [26]:

Figure 00000022
Figure 00000022

где hn(x) - проинтерполированные значения;where h n (x) are the interpolated values;

yk - значение узловой точки с индексом k;y k is the value of the nodal point with index k;

xk - номер узловой точки с индексом k;x k is the number of the nodal point with index k;

i, k, j - индексы номеров узловых точек и их значений;i, k, j - indices of the numbers of nodal points and their values;

р - количество узловых точек для интерполяции.p is the number of nodal points for interpolation.

После перехода в инверсно-временную область переменный доплеровский параметр трансформируется в инверсный сдвиг, являющийся аналогом линейного сдвига в области времени. Таким образом, появляется возможность определения постоянного и переменного доплеровских параметров с помощью операции согласованной фильтрации:After the transition to the inverse-time domain, the variable Doppler parameter is transformed into an inverse shift, which is an analog of a linear shift in the time domain. Thus, it becomes possible to determine the constant and variable Doppler parameters using the matched filtering operation:

Figure 00000023
Figure 00000023

где S(f) - преобразование Фурье входного сигнала;where S (f) is the Fourier transform of the input signal;

Figure 00000024
- сопряженное преобразование Фурье эталонного сигнала;
Figure 00000024
- conjugate Fourier transform of the reference signal;

α, α1 - действительный доплеровский параметр и имеющийся в банке данных;α, α 1 - the actual Doppler parameter and available in the database;

β, β1 - переменный доплеровский параметр сигнала и эталона.β, β 1 - variable Doppler parameter of the signal and the reference.

Применение операции (7) позволяет устранить необходимость перебора значений по переменному доплеровскому параметру.Application of operation (7) eliminates the need for enumerating values by a variable Doppler parameter.

Для определения постоянного доплеровского параметра α формируется банк данных. При равенстве действительных и имеющихся в банке данных параметров α выражение (7) достигает максимального значения, соответствующего максимальному отношению сигнал/шум.To determine the constant Doppler parameter α, a data bank is formed. If the α parameters valid and available in the data bank are equal, expression (7) reaches the maximum value corresponding to the maximum signal to noise ratio.

Выполнение согласованной фильтрации осуществляется следующим образом:Consistent filtering is performed as follows:

1) вычисляется спектр Фурье передискретизированного сигнала S(f);1) the Fourier spectrum of the oversampled signal S (f) is calculated;

2) вычисляется спектр Фурье эталонного сигнала со значением параметра α, взятым из банка данных

Figure 00000025
. Производится комплексное сопряжение полученного спектра:
Figure 00000026
;2) the Fourier spectrum of the reference signal is calculated with the parameter value α taken from the data bank
Figure 00000025
. The complex conjugation of the obtained spectrum is performed:
Figure 00000026
;

3) перемножаются спектр Фурье передискретизированного сигнала S(f) и сопряженный спектр эталонного сигнала

Figure 00000027
;3) the Fourier spectrum of the resampled signal S (f) and the conjugate spectrum of the reference signal are multiplied
Figure 00000027
;

4) вычисляется обратное преобразование Фурье от результата последнего перемножения:

Figure 00000028
.4) the inverse Fourier transform of the result of the last multiplication is calculated:
Figure 00000028
.

После согласованной фильтрации (7) осуществляется квадратичное детектирование огибающей отклика согласованного фильтра (вычисление квадрата модуля

Figure 00000029
отклика СФ). Затем
Figure 00000030
сравнивается с пороговым значением, выбираемым в зависимости от требуемой вероятности ложной тревоги. Превышение порогового значения происходит в момент компенсации задержки τ=0, постоянного доплеровского параметра α=α1 и переменного доплеровского параметра β=β1. При этом принимается решение об обнаружении полезного сигнала. А информация о значениях задержки, постоянного и переменного доплеровских параметров используется для определения соответственно дистанции до объекта, скорости и ускорения.After matched filtering (7), quadratic detection of the envelope of the response of the matched filter is carried out (calculation of the square of the module
Figure 00000029
SF response). Then
Figure 00000030
compares with a threshold value selected depending on the required probability of a false alarm. The threshold value is exceeded at the moment of delay compensation τ = 0, constant Doppler parameter α = α 1 and variable Doppler parameter β = β 1 . In this case, a decision is made to detect a useful signal. And information about the values of delay, constant and variable Doppler parameters is used to determine respectively the distance to the object, speed and acceleration.

Описанные выше шаги обработки сигналов повторяются для каждого параметра α, хранящегося в банке данных. В результате формируется трехмерная широкополосная функция неопределенности, вид которой представлен на фиг.2.The signal processing steps described above are repeated for each parameter α stored in the data bank. As a result, a three-dimensional broadband uncertainty function is formed, the form of which is presented in FIG. 2.

Применение новой по сравнению с прототипом операции передискретизации для каждого канала обработки позволило получить положительный эффект, заключающийся в повышение помехоустойчивости обнаружения сигналов при наличии переменного доплеровского эффекта.The use of the oversampling operation, new in comparison with the prototype, for each processing channel made it possible to obtain a positive effect consisting in increasing the noise immunity of signal detection in the presence of a variable Doppler effect.

Выигрыш в помехоустойчивости предлагаемого способа обнаружения сигналов, при наличии переменного доплеровского эффекта, по сравнению с классической согласованной фильтрацией обусловлен увеличением вероятности правильного обнаружения сигналов за счет снижения ошибки при сравнении с эталонными сигналами и составляет 7 дБ.The gain in noise immunity of the proposed method for detecting signals, in the presence of a variable Doppler effect, in comparison with classical matched filtering is due to an increase in the probability of correct detection of signals due to a decrease in error when comparing with reference signals and is 7 dB.

Устройство, реализующее предлагаемый способ обнаружения сигналов при наличии переменного доплеровского эффекта, приведено на фиг.3, где:A device that implements the proposed method for detecting signals in the presence of a variable Doppler effect is shown in figure 3, where:

блок 1 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),block 1 - analog-to-digital Converter (ADC),

блок 2 - рециркулятор,block 2 - recirculator,

блок 3 - блок инверсной передискретизации,block 3 - block inverse oversampling,

блок 4 - вычислитель БПФ,block 4 - FFT calculator,

блок 5 - комплексный перемножитель,block 5 - complex multiplier,

блок 6 - ПЗУ,block 6 - ROM,

блок 7 - вычислитель обратного БПФ,block 7 - inverse FFT calculator,

блок 8 - вычислитель квадрата модуля,block 8 - calculator square module,

блок 9 - пороговое устройство,block 9 - threshold device

блок 10 - управляющее устройство.block 10 is a control device.

Таким образом, устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит: аналого-цифровой преобразователь (блок 1), выход которого соединен с входом рециркулятора (блок 2), выход которого соединен с входом блока инверсной передискретизации (блок 3), выход которого является входом вычислителя быстрого преобразования Фурье (блок 4), выход которого соединен с первым входом комплексного перемножителя (блок 5), выход которого соединен с входом вычислителя обратного быстрого преобразования Фурье (блок 7), выход которого соединен с входом вычислителя квадрата модуля (блок 8), выход которого соединен с входом порогового устройства (блок 9), выход которого является выходом устройства; постоянное запоминающее устройство (блок 6), выход которого соединен со вторым входом комплексного перемножителя (блок 5), управляющее устройство (блок 10), выходы которого соединены с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, рециркулятора, вычислителя быстрого преобразования Фурье, комплексного перемножителя, вычислителя обратного быстрого преобразования Фурье и постоянного запоминающего устройства.Thus, a device that implements the proposed method contains: an analog-to-digital converter (block 1), the output of which is connected to the input of the recirculator (block 2), the output of which is connected to the input of the inverse oversampling unit (block 3), the output of which is the input of the fast calculator Fourier transform (block 4), the output of which is connected to the first input of the complex multiplier (block 5), the output of which is connected to the input of the inverse fast Fourier transform calculator (block 7), the output of which is connected to the input of the calculator to module vadrata (block 8), the output of which is connected to the input of the threshold device (block 9), the output of which is the output of the device; read-only memory (block 6), the output of which is connected to the second input of the complex multiplier (block 5), a control device (block 10), the outputs of which are connected to the control inputs of the analog-to-digital converter, recirculator, fast Fourier transform calculator, complex multiplier, calculator inverse fast Fourier transform and read-only memory.

Блок аналого-цифровой преобразователя 1 предназначен для представления исходного сигнала в цифровой форме.Block analog-to-digital Converter 1 is designed to represent the original signal in digital form.

Блок рециркулятора 2 предназначен для хранения выходных отсчетов АЦП (блок1).The recirculator block 2 is designed to store the output samples of the ADC (block 1).

Блок инверсной передискретизации 3 осуществляет преобразование в соответствии с выражением (6).The inverse oversampling unit 3 performs the conversion in accordance with expression (6).

Блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) 4 предназначен для нахождения спектра сигнала и широко распространен в цифровой обработке сигналов [19].The Fast Fourier Transform Unit (FFT) 4 is designed to find the signal spectrum and is widely used in digital signal processing [19].

Блок комплексного перемножения 5 предназначен для перемножения отсчетов сопряженного комплексного спектра эталонного сигнала

Figure 00000031
и спектра входной реализации.The complex multiplication block 5 is designed to multiply the samples of the conjugate complex spectrum of the reference signal
Figure 00000031
and the spectrum of the input implementation.

Блок постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 6. В нем хранятся сопряженные преобразования Фурье эталонных сигналов.Block of read-only memory (ROM) 6. It stores the conjugate Fourier transform of the reference signals.

Блок обратного быстрого преобразования Фурье (БПФ) 7 предназначен для нахождения отсчетов сигнала во временной области и широко распространен в цифровой обработке сигналов [20].The inverse fast Fourier transform (FFT) block 7 is designed to find signal samples in the time domain and is widely used in digital signal processing [20].

Блок вычислителя квадрата модуля 8 предназначен для возведения в степень 2 значений отсчетов с выхода блока 7.Block calculator square module 8 is designed to raise to a power of 2 values of samples from the output of block 7.

Блок порогового устройства 9 предназначен для сравнения с пороговым значением отсчетов с выхода блока 8.Block threshold device 9 is intended for comparison with a threshold value of samples from the output of block 8.

Блок управляющего устройства 10 предназначен для синхронизации работы всех блоков.The block of the control device 10 is designed to synchronize the operation of all blocks.

Принцип действия устройства заключается в следующем. Реализация входного процесса x(t) поступает на вход АЦП (блок 1) с частотой дискретизации, удовлетворяющей требованиям теоремы Котельникова:

Figure 00000032
.The principle of operation of the device is as follows. The implementation of the input process x (t) is fed to the ADC input (block 1) with a sampling frequency that satisfies the requirements of Kotelnikov's theorem:
Figure 00000032
.

С выхода АЦП (блок 1) дискретные отсчеты поступают на вход рециркулятора (блок 2), где формируется и с каждым новым отсчетом обновляется текущая дискретная выборка s(n) длиной N-отсчетов. Длина выборки N определяется длительностью излучаемого сигнала и интервалом дискретизации:

Figure 00000033
. Сформированная текущая дискретная выборка входного процесса s(n) поступает на вход блока инверсной передискретизации (блок 3). С выхода передискретизатора преобразованный сигнал поступает на вход вычислителя БПФ (блок 4), с выхода которого комплексный спектр S(n) преобразованной входной реализации поступает на вход комплексного перемножителя (блок 5). На другой вход комплексного перемножителя поступает вычисленный заранее сопряженный комплексный спектр эталонного сигнала
Figure 00000034
, хранящийся в ПЗУ (блок 6). Результат перемножения поступает на вход вычислителя обратного БПФ (блок 7). С выхода вычислителя обратного БПФ (блок 7) отклик согласованного фильтра y(n) поступает на вход вычислителя квадрата модуля (блок 8), с выхода которого выделенная огибающая
Figure 00000035
поступает на вход порогового устройства (блок 9), выход которого является выходом устройства.From the output of the ADC (block 1), discrete samples go to the input of the recirculator (block 2), where the current discrete sample s (n) with the length of N-samples is generated and updated with each new sample. The sample length N is determined by the duration of the emitted signal and the sampling interval:
Figure 00000033
. The generated current discrete sample of the input process s (n) is fed to the input of the inverse oversampling unit (block 3). From the output of the oversampler, the converted signal is fed to the input of the FFT computer (block 4), from the output of which the complex spectrum S (n) of the converted input implementation is fed to the input of the complex multiplier (block 5). At the other input of the complex multiplier, the calculated pre-conjugated complex spectrum of the reference signal is supplied
Figure 00000034
stored in ROM (block 6). The result of the multiplication is fed to the input of the inverse FFT calculator (block 7). From the output of the inverse FFT calculator (block 7), the response of the matched filter y (n) goes to the input of the module square calculator (block 8), from the output of which the selected envelope
Figure 00000035
arrives at the input of the threshold device (block 9), the output of which is the output of the device.

Устройство управления (блок 10) осуществляет синхронизацию работы: аналого-цифрового преобразователя (блок 1), рециркулятора (блок 2), блока инверсной передискретизации (блок 3), вычислителя быстрого преобразования Фурье (блок 4), комплексного перемножителя (блок 5), вычислителя обратного быстрого преобразования Фурье (блок 7) и постоянного запоминающего устройства (блок 6).The control device (block 10) synchronizes the operation of an analog-to-digital converter (block 1), a recirculator (block 2), an inverse oversampling block (block 3), a fast Fourier transform calculator (block 4), a complex multiplier (block 5), and a calculator inverse fast Fourier transform (block 7) and read-only memory (block 6).

ЛитератураLiterature

1. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем. - М.: Радио и связь, 1986. - 280 с.1. Lezin Yu.S. Introduction to the theory and technique of radio systems. - M .: Radio and communications, 1986. - 280 p.

2. Хелстром К. Статистическая теория обнаружения сигналов. - М.: Иностранная литература, 1963. - 430 с.2. Helstrom K. Statistical theory of signal detection. - M .: Foreign literature, 1963. - 430 p.

3. Ван-Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. T.1. - М.: Сов. радио, 1972. - 744 с.3. Van Tris G. Theory of detection, estimates and modulation. T.1. - M .: Owls. Radio, 1972.- 744 p.

4. Ван-Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Т.3, - М.: Сов. радио, 1977. - 661 с.4. Van Tris G. Theory of detection, estimates and modulation. T.3, - M .: Sov. Radio, 1977 .-- 661 p.

5. Келли. Радиолокационное измерение дальности, скорости и ускорения. Зарубежная радиоэлектроника (ЗР). №2, 1962. - С.35.5. Kelly. Radar measurement of range, speed and acceleration. Foreign radio electronics (ЗР). No. 2, 1962. - P.35.

6. А.С. № 537315 (СССР) от 301176. Способ определения скорости движения судна относительно дна.6. A.S. No. 537315 (USSR) from 301176. A method for determining the speed of a vessel relative to the bottom.

7. Патент №4282589 США, 1981. Корреляционный способ измерения дальности.7. US patent No. 4282589, 1981. The correlation method of measuring range.

8. Патент №3938147 США, 1976. ЧМ доплеровская система измерения дальности.8. US patent No. 3938147, 1976. FM Doppler range measuring system.

9. Заявка №1482816 Великобритания. Способ и устройство для измерения доплеровского частотного сдвига.9. Application No. 1482816 United Kingdom. Method and device for measuring Doppler frequency shift.

10. Заявка №2605933 ФРГ. Способ измерения расстояния и скорости, основанный на использовании импульсной доплеровской РЛС.10. Application No. 2605933 Germany. A method of measuring distance and speed based on the use of a pulsed Doppler radar.

11. Заявка №56-41953 Япония 1981. Способ и прибор для измерения расстояния с помощью РЛС непрерывного излучения с ЧМ.11. Application No. 56-41953 Japan 1981. A method and apparatus for measuring distance using continuous-wave radar with FM.

12. Крамер. Допустимая расстройка скорости и ускорения в высокочувствительных широкополосных корреляционных гидролокаторах с линейной ЧМ. ТИИЭР. Т.55, №5, 1967. - С.3.12. Kramer. Permissible detuning of speed and acceleration in highly sensitive broadband correlation sonars with linear FM. TIIER. T.55, No. 5, 1967. - C.3.

13. Рихачек. Разрешение подвижных целей в радиолокации. ЗР. №1, 1968. - С.3.13. Rikhachek. Resolution of moving targets in radar. Sp. No. 1, 1968. - C.3.

14. Бурдик В.С. Анализ гидроакустических систем. - Л.: Судостроение, 1988. - С.339-341.14. Burdik V.S. Analysis of sonar systems. - L .: Shipbuilding, 1988. - S.339-341.

15. Келли, Вишнер. Теория согласованной фильтрации целей, движущихся ускоренно с высокими скоростями. ЗР. №10, 1965. - С.38.15. Kelly, Wischner. Theory of consistent filtering of targets moving accelerated at high speeds. Sp. No. 10, 1965. - P.38.

16. Киблер. КЭВОРТ - устройство оптимальной обработки пачечного радиолокационного сигнала с учетом ускорения целей. ЗР, 1968. - С.27-33.16. Kibler. KEVORT is a device for optimal processing of a burst radar signal taking into account acceleration of targets. ZR, 1968. - S. 27-33.

17. Шмарев Е.И. др. Оптическое вычисление функции неопределенности сигналов (обзор). ЗР. №10, 1981. - С.41-43.17. Shmarev E.I. etc. Optical calculation of the signal uncertainty function (review). Sp. No. 10, 1981. - S. 41-43.

18. Красногоров С. Совместная оценка амплитуды, фазы, расстояния и его производных радиолокационными методами. Радиотехника и электроника. №9, 1, 1964. - C.79.18. Krasnogorov S. Joint assessment of amplitude, phase, distance and its derivatives by radar methods. Radio engineering and electronics. No. 9, 1, 1964. - C.79.

19. Применение цифровой обработки сигналов. / Под ред. Оппенгейма Э., - М.: Мир, 1980, - с.284, 417-418.19. The use of digital signal processing. / Ed. Oppenheim E., - M .: Mir, 1980, - p. 284, 417-418.

20. Мирский Г. Электронные измерения. - М.: Радио и связь, 1986. - С.126-140. А.С. № 832490 (СССР) от 280581, Анализатор спектра.20. Mirsky G. Electronic measurements. - M .: Radio and communications, 1986. - S.126-140. A.S. No. 832490 (USSR) from 280581, Spectrum analyzer.

21. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. Т.2. - М.: Мир, 1983. - С.204.21. Max J. Methods and techniques for processing signals in physical measurements. T.2. - M .: Mir, 1983. - S.204.

22. Бронштейн И., Семендяев К. Справочник по математике. - М.: Наука, 1980. - C.369.22. Bronstein I., Semendyaev K. Handbook of mathematics. - M .: Nauka, 1980 .-- C.369.

23. Найт У. Цифровая обработка сигналов в гидролокационных системах. ТИИЭР. Т.69. №11, 1981. - C.127.23. Knight W. Digital signal processing in sonar systems. TIIER. T.69. No. 11, 1981. - C.127.

24. Белоцерковский Г. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: Сов. Радио, 1975. - С.25-26.24. Belotserkovsky G. Fundamentals of radar and radar devices. - M .: Owls. Radio, 1975 .-- pp. 25-26.

25. Калиткин Н.Н. Численные методы. - М.: Наука, 1986. - С.38.25. Kalitkin N.N. Numerical methods. - M .: Nauka, 1986. - P.38.

Claims (2)

1. Способ обнаружения сигналов при наличии переменного доплеровского эффекта, основанный на операции согласованной фильтрации принятой реализации, заключающейся в вычислении прямого преобразования Фурье входного процесса, перемножении комплексного спектра Фурье входного процесса с сопряженным спектром Фурье копии излученного сигнала, вычислении обратного преобразования Фурье от результата перемножения, вычислении квадрата модуля и сравнения с порогом, отличающийся тем, что перед операцией вычисления прямого преобразования Фурье предварительно проводят операцию инверсной передискретизации принятой реализации.1. A method for detecting signals in the presence of a variable Doppler effect, based on the operation of coordinated filtering of the adopted implementation, which consists in calculating the direct Fourier transform of the input process, multiplying the complex Fourier spectrum of the input process with the conjugate Fourier spectrum of the copy of the emitted signal, calculating the inverse Fourier transform of the result of multiplication, calculating the squared module and comparing with a threshold, characterized in that before the operation of calculating the direct Fourier transform redvaritelno carried out an operation of inverse resampling adopted implementation. 2. Устройство обнаружения сигналов при наличии переменного доплеровского эффекта, содержащее аналого-цифровой преобразователь, на вход которого подается входной сигнал, а выход которого соединен с входом рециркулятора, выход которого соединен с входом вычислителя быстрого преобразования Фурье, выход которого соединен с первым входом комплексного перемножителя, выход которого соединен с входом вычислителя обратного быстрого преобразования Фурье, выход которого соединен с входом вычислителя квадрата модуля, выход которого соединен с входом порогового устройства, выход которого является выходом устройства; постоянное запоминающее устройство, выход которого соединен со вторым входом комплексного перемножителя, отличающееся тем, что оно содержит блок инверсной передискретизации, вход которого соединен с выходом рециркулятора, а выход является входом вычислителя быстрого преобразования Фурье, и устройство управления, выходы которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, рециркулятора, блока инверсной передискретизации, вычислителя быстрого преобразования Фурье, комплексного перемножителя, вычислителя обратного быстрого преобразования Фурье, постоянного запоминающего устройства. 2. A device for detecting signals in the presence of a variable Doppler effect, comprising an analog-to-digital converter, the input of which is supplied with an input signal, and the output of which is connected to the input of the recirculator, the output of which is connected to the input of the fast Fourier transform computer, the output of which is connected to the first input of the complex multiplier the output of which is connected to the input of the inverse fast Fourier transform calculator, the output of which is connected to the input of the square calculator of the module, the output of which is connected to course of the threshold device, whose output is the output of the apparatus; read-only memory device, the output of which is connected to the second input of the complex multiplier, characterized in that it contains an inverse oversampling unit, the input of which is connected to the output of the recirculator, and the output is the input of the fast Fourier transform computer, and the control device, the outputs of which are connected to the inputs of the analog digital converter, recirculator, inverse oversampling unit, fast Fourier transform calculator, complex multiplier, inverse fast calculator th Fourier transform, read-only memory.
RU2009122420/28A 2009-06-15 2009-06-15 Method and device of signal detection with alternating doppler effect present RU2467350C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009122420/28A RU2467350C2 (en) 2009-06-15 2009-06-15 Method and device of signal detection with alternating doppler effect present

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009122420/28A RU2467350C2 (en) 2009-06-15 2009-06-15 Method and device of signal detection with alternating doppler effect present

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009122420A RU2009122420A (en) 2010-12-20
RU2467350C2 true RU2467350C2 (en) 2012-11-20

Family

ID=44056305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009122420/28A RU2467350C2 (en) 2009-06-15 2009-06-15 Method and device of signal detection with alternating doppler effect present

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2467350C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2657462C1 (en) * 2017-06-28 2018-06-14 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Device for digital processing of signals in a pulse-doppler radars with compensation of fm doppler signals
RU2724315C1 (en) * 2019-02-12 2020-06-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of passive determination of coordinates of moving weak radiation source

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991014953A1 (en) * 1990-03-26 1991-10-03 Furuno Electric Company, Limited Device for measuring speed of moving body
RU2042152C1 (en) * 1992-12-16 1995-08-20 Павликов Сергей Николаевич Method of determination of ship's speed over bottom
RU2129286C1 (en) * 1997-11-26 1999-04-20 Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск Российской Федерации Radar with inverse synthetic aperture
RU2152626C1 (en) * 1999-05-17 2000-07-10 Военный университет войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил РФ Radar with inverse synthesizing of aperture and multifrequency probing signal
US7123548B1 (en) * 2005-08-09 2006-10-17 Uzes Charles A System for detecting, tracking, and reconstructing signals in spectrally competitive environments
RU77980U1 (en) * 2008-07-01 2008-11-10 Военная академия войсковой противоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации RADAR STATION WITH INVERSE APERTURE SYNTHESIS AND TWO LEVEL NEURAL NETWORK RECOGNITION
RU2358288C1 (en) * 2007-10-29 2009-06-10 Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации Multifrequency radar station with inverse aperture synthesising and two-level target identification

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991014953A1 (en) * 1990-03-26 1991-10-03 Furuno Electric Company, Limited Device for measuring speed of moving body
RU2042152C1 (en) * 1992-12-16 1995-08-20 Павликов Сергей Николаевич Method of determination of ship's speed over bottom
RU2129286C1 (en) * 1997-11-26 1999-04-20 Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск Российской Федерации Radar with inverse synthetic aperture
RU2152626C1 (en) * 1999-05-17 2000-07-10 Военный университет войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил РФ Radar with inverse synthesizing of aperture and multifrequency probing signal
US7123548B1 (en) * 2005-08-09 2006-10-17 Uzes Charles A System for detecting, tracking, and reconstructing signals in spectrally competitive environments
RU2358288C1 (en) * 2007-10-29 2009-06-10 Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации Multifrequency radar station with inverse aperture synthesising and two-level target identification
RU77980U1 (en) * 2008-07-01 2008-11-10 Военная академия войсковой противоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации RADAR STATION WITH INVERSE APERTURE SYNTHESIS AND TWO LEVEL NEURAL NETWORK RECOGNITION

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2657462C1 (en) * 2017-06-28 2018-06-14 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Device for digital processing of signals in a pulse-doppler radars with compensation of fm doppler signals
RU2724315C1 (en) * 2019-02-12 2020-06-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of passive determination of coordinates of moving weak radiation source

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009122420A (en) 2010-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107683422B (en) Vehicle radar system
JP6696575B2 (en) Moving target detecting system and moving target detecting method
CN112114296B (en) Parameter estimation method and system for unmanned aerial vehicle collaborative TDOA/FDOA composite positioning
Fu et al. A novel method for fast detection of high-speed targets
RU2626380C1 (en) Selection system of moving targets with measurement of range, radial velocity and direction of motion
Zheng et al. Radar detection and motion parameters estimation of maneuvering target based on the extended keystone transform (July 2018)
Maskell et al. The estimation of subsample time delay of arrival in the discrete-time measurement of phase delay
CN113671495B (en) Terahertz radar detection system and method based on Zynq platform
RU2467350C2 (en) Method and device of signal detection with alternating doppler effect present
CN114217301A (en) High-precision side slope monitoring radar target detection and distance measurement method
RU2293997C1 (en) Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets
US10386471B1 (en) Velocity estimation with linear frequency modulated (LFM) waveforms
CN109597060B (en) Radar speed measurement method and device
JP6976189B2 (en) Object detector
KR101524550B1 (en) Method and Apparatus for a fast Linear Frequency Modulation target detection compensating Doppler effect according to the target speed
JP4077092B2 (en) Doppler frequency measurement method and Doppler sonar
JP6610224B2 (en) Bistatic active sonar device and its receiver
Zhang et al. Passive Tone Detection for Moving Targets Based on Long-Time Coherent Integration
JP7316854B2 (en) object detector
JP2015049074A (en) Radar and object detection method
Schüpbach et al. Efficient Direct Signal Cancellation for FM-based Passive Radar
Dillard et al. A distribution-free Doppler processor
RU2487367C2 (en) Method and apparatus for fast computation of signal uncertainty function based on reverberation interference
RU2792196C1 (en) Method for measuring angular coordinates of moving objects with a doppler station
Deng et al. A method of extracting underwater acoustic beaconing signal

Legal Events

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

Effective date: 20150616