RU2485543C1 - Method to detect non-radial projection of target speed vector - Google Patents

Method to detect non-radial projection of target speed vector Download PDF

Info

Publication number
RU2485543C1
RU2485543C1 RU2012100371A RU2012100371A RU2485543C1 RU 2485543 C1 RU2485543 C1 RU 2485543C1 RU 2012100371 A RU2012100371 A RU 2012100371A RU 2012100371 A RU2012100371 A RU 2012100371A RU 2485543 C1 RU2485543 C1 RU 2485543C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
signals
vector
received
frequencies
Prior art date
Application number
RU2012100371A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Степанович Верба
Александр Тихонович Силкин
Сергей Николаевич Степаненко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега"
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" filed Critical Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега"
Application granted granted Critical
Publication of RU2485543C1 publication Critical patent/RU2485543C1/en

Links

Abstract

FIELD: radio engineering, communications.
SUBSTANCE: detection of non-radial projections of a speed vector makes it possible to unambiguously detect both a value and a direction of a speed vector.
EFFECT: possibility to determine non-radial projections of a target speed vector at low requirements to coherence of applied signals.
1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным методам определения скорости движущегося объекта, и может быть использовано в радиолокации, для прогнозирования положения движущейся цели или для селекции движущихся целей. Кроме того, изобретение может быть использовано в полицейских измерителях скорости автомобилей.The invention relates to radio engineering, namely to radar methods for determining the speed of a moving object, and can be used in radar, to predict the position of a moving target or to select moving targets. In addition, the invention can be used in police car speed meters.

Известен способ определения нерадиальной проекции скорости движущейся цели {Патент РФ №2367974 на изобретение «Способ определения нерадиальной проекции скорости движущейся цели}. Известный способ заключается в том, что с помощью двух передающих антенн, размещенных в разных точках пространства, движущаяся цель облучается двумя совмещенными по времени зондирующими сигналами с несущими частотами f1 и f2, отраженные от цели сигналы с частотами F1 и F2 принимаются приемником, определяется разность частот ΔFсигн=F1-F2, определяется величина VD по формуле:A known method for determining the non-radial projection of the speed of a moving target {RF Patent No. 2367974 on the invention "A method for determining the non-radial projection of the speed of a moving target}. The known method consists in the fact that using two transmitting antennas located at different points in space, the moving target is irradiated by two time-aligned probing signals with carrier frequencies f 1 and f 2 , the signals reflected from the target with frequencies F 1 and F 2 are received by the receiver , the frequency difference ΔF signal = F 1 -F 2 is determined, the value of V D is determined by the formula:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где с - скорость света;

Figure 00000002
и
Figure 00000003
- единичные векторы, направленные на цель из точек расположения соответственно первой и второй передающих антенн;where c is the speed of light;
Figure 00000002
and
Figure 00000003
- unit vectors directed to the target from the points of location of the first and second transmitting antennas, respectively;

Figure 00000004
, - единичный вектор, направленный на цель из точки расположения приемной антенны;
Figure 00000004
, is a unit vector directed at the target from the location of the receiving antenna;

VD - проекция скорости цели V на направление вектора D, определяемого по формуле:V D is the projection of the target velocity V on the direction of the vector D, determined by the formula:

Figure 00000005
.
Figure 00000005
.

Недостатком известного способа является то, что для его применения необходимо обеспечить высокую степень когерентности зондирующих сигналов. Длина когерентности сигналов должна быть больше удвоенного расстояния от локационной системы до цели.The disadvantage of this method is that for its application it is necessary to provide a high degree of coherence of the probing signals. The signal coherence length should be greater than twice the distance from the location system to the target.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является существенное снижение требований к когерентности сигналов.The technical result of the invention is a significant reduction in the requirements for signal coherence.

Снижение требований к когерентности сигналов достигается за счет применения опорного сигнала и происходит следующим образом.Reducing the requirements for signal coherence is achieved through the use of a reference signal and occurs as follows.

Как и при использовании известного способа, с помощью двух передающих антенн, размещенных в разных точках пространства, движущаяся цель облучается двумя совмещенными по времени зондирующими сигналами с несущими частотами f1 и f2.As using the known method, using two transmitting antennas located at different points in space, the moving target is irradiated with two time-aligned sounding signals with carrier frequencies f 1 and f 2 .

Кроме того, цель облучают дополнительным опорным сигналом, являющимся суперпозицией двух монохроматических сигналов, разность частот f3 и f4 которых равна разности частот первого и второго зондирующих сигналов.In addition, the target is irradiated with an additional reference signal, which is a superposition of two monochromatic signals, the frequency difference f 3 and f 4 of which is equal to the frequency difference of the first and second sounding signals.

Отраженные целью сигналы принимаются.Signals reflected by the target are received.

Если цель движется, то частоты F1, F2, F3 и F4 отраженных от цели и принятых сигналов отличаются от соответствующих частот f1, f2, f3 и f4.If the target is moving, then the frequencies F 1 , F 2 , F 3 and F 4 reflected from the target and received signals differ from the corresponding frequencies f 1 , f 2 , f 3 and f 4 .

Определяют вектор D и величину VD по формулам:Determine the vector D and the value of V D by the formulas:

Figure 00000006
;
Figure 00000006
;

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где с - скорость света;where c is the speed of light;

Figure 00000008
и
Figure 00000009
- единичные векторы, направленные на цель из точек расположения соответственно первой и второй передающих антенн;
Figure 00000008
and
Figure 00000009
- unit vectors directed to the target from the points of location of the first and second transmitting antennas, respectively;

Figure 00000010
- единичный вектор, направленный на цель из точки расположения приемной антенны,
Figure 00000010
- a unit vector aimed at the target from the location of the receiving antenna,

Figure 00000011
- единичный вектор, направленный на цель из точки расположения передающей антенны опорного сигнала.
Figure 00000011
- a unit vector aimed at the target from the location of the transmitting antenna of the reference signal.

Если в качестве приемной антенны используется антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f1, или антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f2, то

Figure 00000012
или
Figure 00000013
соответственно.If an antenna emitting a probing signal of frequency f 1 or an antenna emitting a probing signal of frequency f 2 is used as a receiving antenna, then
Figure 00000012
or
Figure 00000013
respectively.

Если в качестве антенны, излучающей опорный сигнал, используется антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f1, или антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f2, то

Figure 00000014
или
Figure 00000015
соответственно.If the antenna emitting the sounding signal of frequency f 1 or the antenna emitting the sounding signal of frequency f 2 is used as the antenna emitting the reference signal, then
Figure 00000014
or
Figure 00000015
respectively.

Величина Vd равна проекции вектора скорости цели V на направление вектора D.The value of V d is equal to the projection of the target velocity vector V on the direction of the vector D.

На фигуре представлена векторная диаграмма, поясняющая использование предлагаемого в качестве изобретения способа. Обозначения на фигуре соответствуют:The figure shows a vector diagram illustrating the use of the proposed as an invention of the method. The designations in the figure correspond to:

A1 - передающая антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f1;A 1 - transmitting antenna emitting a sounding signal of frequency f 1 ;

А2 - передающая антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f2;And 2 is a transmitting antenna emitting a sounding signal of frequency f 2 ;

Апр - приемная антенна;And pr is the receiving antenna;

Аоп - передающая антенна опорного сигнала;And op is the transmitting antenna of the reference signal;

Ц - цель;C is the goal;

r1, r2 - векторы, начала которых находятся в точках расположения антенн A1 и А2, а концы - в точке расположения цели;r 1 , r 2 - vectors whose beginnings are at the points of location of the antennas A 1 and A 2 , and the ends are at the point of location of the target;

rпр - вектор, начало которого находится в точке расположения приемной антенны Апр, а конец - в точке расположения цели;r ol - a vector whose beginning is at the location of the receiving antenna A ol , and the end is at the location of the target;

rоп - вектор, начало которого находится в точке расположения передающей антенны опорного сигнала Аоп, а конец - в точке расположения цели;r op - a vector whose beginning is at the location of the transmitting antenna of the reference signal A op , and the end is at the location of the target;

Figure 00000016
,
Figure 00000017
,
Figure 00000018
,
Figure 00000019
- орты векторов r1, r2, rпр, rоп соответственно.
Figure 00000016
,
Figure 00000017
,
Figure 00000018
,
Figure 00000019
- unit vectors of r 1 , r 2 , r CR , r op respectively.

Мгновенные значения фаз Ψ1(t), Ψ2(t), Ψ3(t) и Ψ4(t), отраженных от цели и принятых сигналов, зависят от расстояний r1, r2 и rоп от соответствующих передающих антенн до цели, а также от расстояния rпр от цели до приемной антенны:The instantaneous values of the phases Ψ 1 (t), Ψ 2 (t), Ψ 3 (t) and Ψ 4 (t) reflected from the target and received signals depend on the distances r 1 , r 2 and r op from the corresponding transmitting antennas to the target, as well as the distance r CR from the target to the receiving antenna:

Figure 00000020
;
Figure 00000020
;

Figure 00000021
;
Figure 00000021
;

Figure 00000022
;
Figure 00000022
;

Figure 00000023
Figure 00000023

где ψ01, ψ02, ψ03 и ψ04 - начальные фазы зондирующих сигналов частот f1, f2, f3 и f4.where ψ 01 , ψ 02 , ψ 03 and ψ 04 are the initial phases of the sounding signals of frequencies f 1 , f 2 , f 3 and f 4 .

Тогда:Then:

Figure 00000024
Figure 00000025
Figure 00000024
Figure 00000025

Продифференцируем эти выражения полным образом по времени, учитывая, что при движении цели величины r1, r2 и rоп и rпр зависят от времени:We differentiate these expressions in a complete way with respect to time, taking into account that when the target moves, the values of r 1 , r 2 and r op and r pr depend on time:

Figure 00000026
Figure 00000027
Figure 00000026
Figure 00000027

Учтем, что:Consider that:

Figure 00000028
;
Figure 00000028
;

Figure 00000029
;
Figure 00000029
;

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000031
Figure 00000031

Figure 00000032
;
Figure 00000032
;

Figure 00000033
Figure 00000033

Figure 00000034
;
Figure 00000034
;

Figure 00000035
Figure 00000035

Тогда:Then:

Figure 00000036
;
Figure 00000036
;

Figure 00000037
.
Figure 00000037
.

Сократим предыдущие выражения на 2π и вычтем их друг из друга:Reduce the previous expressions by 2π and subtract them from each other:

Figure 00000038
Figure 00000038

Учтем, что (f3-f4)=(f1-f2):We take into account that (f 3 -f 4 ) = (f 1 -f 2 ):

Figure 00000039
Figure 00000039

Введем обозначение:We introduce the notation:

Figure 00000040
.
Figure 00000040
.

ТогдаThen

-c((F1-F2)-(F3-F4))=VD=VD0|D|, где D0 - орт вектора D.-c ((F 1 -F 2 ) - (F 3 -F 4 )) = VD = VD 0 | D |, where D 0 is the unit vector of D.

Учтем, что VD0 есть проекция вектора V на направление вектора D. Обозначив эту проекцию как VD, получим:We take into account that VD 0 is the projection of the vector V on the direction of the vector D. Denoting this projection as V D , we obtain:

Figure 00000041
.
Figure 00000041
.

Величины частот f1 и f2 и их разность могут быть известны заранее или измерены с достаточной точностью. Точность определения величины (f1-f2) может быть повышена путем измерения непосредственно разности частот. Например, сигналы частот f1 и f2 могут быть преобразованы в сигнал разностной частоты с последующим измерением этой частоты. Возможно применение и других способов измерения разности частот зондирующих сигналов.The frequency values f 1 and f 2 and their difference can be known in advance or measured with sufficient accuracy. The accuracy of determining the value (f 1 -f 2 ) can be improved by measuring directly the frequency difference. For example, the signals of frequencies f 1 and f 2 can be converted into a difference frequency signal with subsequent measurement of this frequency. It is possible to use other methods of measuring the frequency difference of the probing signals.

Величина (F1-F2) может быть определена путем измерения частот принимаемых сигналов с последующим вычислением их разности. Однако для повышения точности определения величины (F1-F2) целесообразно преобразовать принимаемые сигналы частот F1 и F2 в сигнал разностной частоты, с последующим измерением частоты преобразованного сигнала.The value (F 1 -F 2 ) can be determined by measuring the frequencies of the received signals, followed by calculating their difference. However, to increase the accuracy of determining the value (F 1 -F 2 ), it is advisable to convert the received signals of the frequencies F 1 and F 2 into a difference frequency signal, followed by measuring the frequency of the converted signal.

Аналогично, для повышения точности определения величины (F3-F4) целесообразно преобразовать принимаемые сигналы частот F3 и F4 в сигнал разностной частоты, с последующим измерением частоты преобразованного сигнала.Similarly, to increase the accuracy of determining the value (F 3 -F 4 ), it is advisable to convert the received signals of the frequencies F 3 and F 4 into a difference frequency signal, followed by measuring the frequency of the converted signal.

Из векторной диаграммы на фиг.1 и из выражения для вектора D видно, что вектор D является нерадиальным.From the vector diagram in FIG. 1 and from the expression for the vector D it can be seen that the vector D is non-radial.

Составляющие опорного сигнала и зондирующие сигналы проходят разные пути. Поэтому длина когерентности сигналов должна быть меньше попарных разностей хода сигналов. Разности хода зависят от расположения антенн и направления на цель. При всех направлениях на цель разности хода сигналов меньше наибольшего из попарных расстояний между передающими антеннами. Поэтому достаточной длиной когерентности сигналов является наибольшее из попарных расстояний между антеннами. Это расстояние значительно меньше, чем дальность действия радиолокационной системы.The components of the reference signal and the sounding signals travel different paths. Therefore, the coherence length of the signals should be less than the pairwise differences in the signal path. Differences in travel depend on the location of the antennas and the direction to the target. For all directions to the target, the signal travel differences are less than the largest of the pairwise distances between the transmitting antennas. Therefore, the longest coherence of the signals is the largest of the pairwise distances between the antennas. This distance is much less than the range of the radar system.

Таким образом, по сравнению с известным способом определения нерадиальной проекции скорости использование предлагаемого способа на несколько порядков уменьшает требования к длине когерентности используемых сигналов.Thus, in comparison with the known method for determining the non-radial velocity projection, the use of the proposed method by several orders of magnitude reduces the requirements for the coherence length of the signals used.

Из выражений для D и VD видно, что результат определения нерадиальной проекции скорости цели не зависит от положения приемника.It can be seen from the expressions for D and V D that the result of determining the non-radial projection of the target velocity does not depend on the position of the receiver.

Claims (1)

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели, заключающийся в том, что цель одновременно облучают с помощью двух разнесенных в пространстве антенн зондирующими сигналами двух различных частот, принимают отраженные целью сигналы, определяют разность частот принимаемых сигналов и по значению разности частот принимаемых сигналов определяют нерадиальную проекцию вектора скорости цели, отличающийся тем, что цель облучают дополнительным опорным сигналом, являющимся суперпозицией двух монохроматических сигналов, разность частот которых равна разности частот первого и второго зондирующих сигналов, отраженный опорный сигнал принимают и по формуле
Figure 00000042

определяют проекцию скорости цели на направление вектора D, определяемого по формуле
Figure 00000043
,
где с - скорость света;
f1 и f2 - частоты первого и второго зондирующих сигналов;
F1 и F2 - смещенные относительно f1 и f2 частоты первого и второго принимаемых сигналов;
F3 и F4 - частоты принимаемых составляющих опорного сигнала;
Figure 00000044
и
Figure 00000045
- единичные векторы, направленные на цель из точек расположения соответственно первой и второй передающих антенн;
Figure 00000046
- единичный вектор, направленный на цель из точки расположения антенны, излучающей опорный сигнал;
Figure 00000047
- единичный вектор, направленный на цель из точки расположения приемной антенны. The method for determining the non-radial projection of the target velocity vector, which consists in the fact that the target is simultaneously irradiated with two spatially separated antennas by probing signals of two different frequencies, the signals reflected by the target are received, the frequency difference of the received signals is determined and the non-radial projection of the vector is determined from the frequency difference of the received signals target speed, characterized in that the target is irradiated with an additional reference signal, which is a superposition of two monochromatic signals, differently It is a frequency equal to the frequency difference of the first and second probing signals reflected by the reference signal received and the formula
Figure 00000042

determine the projection of the target’s speed on the direction of the vector D, determined by the formula
Figure 00000043
,
where c is the speed of light;
f 1 and f 2 are the frequencies of the first and second sounding signals;
F 1 and F 2 - offset relative to f 1 and f 2 frequencies of the first and second received signals;
F 3 and F 4 are the frequencies of the received components of the reference signal;
Figure 00000044
and
Figure 00000045
- unit vectors directed to the target from the points of location of the first and second transmitting antennas, respectively;
Figure 00000046
- a single vector aimed at the target from the location of the antenna emitting the reference signal;
Figure 00000047
- a unit vector aimed at the target from the location of the receiving antenna.
RU2012100371A 2012-01-12 Method to detect non-radial projection of target speed vector RU2485543C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2485543C1 true RU2485543C1 (en) 2013-06-20

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11585912B2 (en) Systems and methods for virtual aperture radar tracking
CN108885254B (en) Object detection device
JP6576595B2 (en) Radar equipment
KR20150091975A (en) Doppler radar test system
Lindner et al. Dual tone approach for unambiguous six-port based interferometric distance measurements
JP5811931B2 (en) Phase monopulse radar device
US20200209381A1 (en) Systems and methods for doppler-enhanced radar tracking
Lindner et al. Distance measurements based on guided wave 24GHz dual tone six-port radar
US7884756B2 (en) Radar apparatus
JP6279193B2 (en) Object detection device and sensor device
JP2013029419A (en) Positioning device
JP2007256095A (en) Measuring instrument and method
US7312745B2 (en) Radar
KR101705532B1 (en) Frequency modulation radar and control method thereof
JP2015148577A (en) Radio wave sensor and detection method
RU2367974C2 (en) Method for detection of non-radial projection of moving target speed
RU2492504C1 (en) Method of determining non-radial projection of target velocity vector
RU2485543C1 (en) Method to detect non-radial projection of target speed vector
RU2485542C1 (en) Method to detect non-radial projection of target speed vector
JP5379312B2 (en) Distance measuring device
KR20200053222A (en) Radar apparatus and radar signal processing method for precise measurement of distance, angular velocity
RU2506607C2 (en) Method to determine non-radial projection of target speed vector
RU2486542C1 (en) Method of determining non-radial target velocity vector projection
KR102172085B1 (en) Radar apparatus and method for measuring distance of target using the same
KR101052050B1 (en) Method for detecting moving target and radar system thereof