RU2624005C1 - Method of processing super-wide-band signals - Google Patents

Method of processing super-wide-band signals Download PDF

Info

Publication number
RU2624005C1
RU2624005C1 RU2016123422A RU2016123422A RU2624005C1 RU 2624005 C1 RU2624005 C1 RU 2624005C1 RU 2016123422 A RU2016123422 A RU 2016123422A RU 2016123422 A RU2016123422 A RU 2016123422A RU 2624005 C1 RU2624005 C1 RU 2624005C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
processing
signals
sub
channel
Prior art date
Application number
RU2016123422A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Петрович Брызгалов
Эдуард Яковлевич Фальков
Алексей Владимирович Хныкин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем"
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 унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем"
Priority to RU2016123422A priority Critical patent/RU2624005C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2624005C1 publication Critical patent/RU2624005C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: received input signal is first multiplied by a reference signal matched to the transmitter signal to form two quadrature channels; then, in each quadrature channel of all N ranging channels, processing is performed matching the bursts of sub-impulses, forming a matrix of complex signals in the form of two quadrature components and further, starting from the matrix S, the phase distortion Δψko in each sub-impulse is performed, and these corrections are added to the corresponding sub-impulses of all channels, which are then summed in each distance channel, forming the resulting N complex samples of the output signal.
EFFECT: compensating phase distortions of linear frequency modulation.
7 cl, 19 dwg

Description

Изобретение относится к способам обработки сверхширокополосных сигналов (СШС) с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) в радио и акустических системах локации, навигации и связи с учетом искажений этих сигналов при прохождении ими приемопередающих трактов и канала распространения от передатчика до приемника.The invention relates to methods for processing ultra-wideband signals (SSS) with linear frequency modulation (LFM) in radio and acoustic systems for location, navigation and communication, taking into account the distortions of these signals when they pass through the transceiver paths and the propagation channel from the transmitter to the receiver.

Характеристики систем локации, навигации и связи во многом определяются шириной частотного спектра используемого сигнала. Расширение ширины спектра, переход от узкополосных сигналов к сложным широкополосным, а тем более переход к СШС, когда ширина спектра сигнала ΔF становится соизмеримой или даже больше минимальной частоты Fмин этого спектра, увеличивает разрешение и точность определения координат объектов при локации и навигации, скорость передачи информации в системах связи, помехозащищенность систем, скрытность их работы и т.д. При этом использование сигнала большой длительности (БД) не только улучшает помехозащищенность, скрытность и пр., но и обеспечивает большие дальности работы систем.The characteristics of location, navigation and communication systems are largely determined by the width of the frequency spectrum of the signal used. The expansion of the spectrum width, the transition from narrow-band signals to complex broadband, and even more so the transition to the NW, when the signal spectrum width ΔF becomes comparable or even greater than the minimum frequency F min of this spectrum, increases the resolution and accuracy of determining the coordinates of objects during location and navigation, the transmission speed information in communication systems, noise immunity of systems, secrecy of their work, etc. At the same time, the use of a long-duration signal (DB) not only improves noise immunity, stealth, etc., but also provides long-range systems.

Во всех системах локации, навигации и связи для увеличения соотношения сигнал/шум в приемных устройствах используется, как правило, обработка входного сигнала, согласованная с формируемым в передатчике сигналом. Это может быть согласованная фильтрация (см., например, «Справочник по радиолокации» под редакцией М. Сколник, Москва, «Сов. Радио», 1976 г., том 1, стр. 8 и 111), корреляционная обработка (см., например, «Теоретические основы радиолокации», под ред. Я.Д. Ширмана, изд. «Сов. Радио», М., 1970 г., стр. 100) или корреляционно-фильтровая обработка (см., например, статью Брызгалова А.П., Карауловой Е.В., Хныкина А.В. «Аналого-цифровая обработка информации в радиолокаторах с синтезированной апертурой, использующих сверхширокополосные сигналы с линейной частотной модуляцией» в журнале «Цифровая обработка сигналов» №4, 2004 г.). При этом во всех случаях полагают, что полезный сигнал на входе согласованной обработки известен и с точностью до таких параметров, как задержка и доплеровское смещение частоты, соответствует формируемому в передатчике сигналу

Figure 00000001
. При этом, например при согласованной фильтрации в отсутствии доплеровского смещения используют фильтр, импульсная переходная функция которого в комплексном представлении
Figure 00000002
, где точка над переменной означает, что она комплексная, а знак (*) - комплексное сопряжение.In all location, navigation and communication systems, in order to increase the signal-to-noise ratio in the receiving devices, as a rule, processing of the input signal is used, which is consistent with the signal generated in the transmitter. This can be a coordinated filtering (see, for example, “Radar Handbook” edited by M. Skolnik, Moscow, Sov. Radio, 1976, volume 1, p. 8 and 111), correlation processing (see, for example, “Theoretical Foundations of Radar”, under the editorship of Ya. D. Shirman, publishing house “Sov. Radio”, Moscow, 1970, p. 100) or correlation-filtering processing (see, for example, Bryzgalov’s article A .P., Karaulovoj E.V., Hnykina A.V. “Analog-digital data processing in synthesized aperture radars using ultra-wideband signals with linear frequency mode “in the journal“ Digital Signal Processing ”No. 4, 2004). Moreover, in all cases, it is believed that the useful signal at the input of the matched processing is known and, up to parameters such as delay and Doppler frequency shift, corresponds to the signal generated in the transmitter
Figure 00000001
. In this case, for example, with matched filtering in the absence of Doppler shift, a filter is used, the pulse transition function of which in the complex representation
Figure 00000002
, where the dot over the variable means that it is complex, and the sign (*) is complex conjugation.

Однако для получения согласованной обработки надо не только знать форму сигнала, формируемого в передатчике, но и необходимо, чтобы в полосе сигнала фазочастотные характеристики приемопередающего тракта и всего тракта распространения сигнала были линейны. Только в этом случае форма сигнала, его модуляция не меняются после прохождения сигналом этого тракта и могут быть заложены в согласованный фильтр. Но и приемопередающий тракт (включая антенны, усилители, фильтры и пр.), и канал распространения имеют указанную линейность на ограниченном интервале частот. Обычно на практике линейность приемопередающего тракта может быть обеспечена в частотном интервале, не превышающем ±(10-15)% от значения несущей частоты сигнала.However, to obtain consistent processing, it is necessary not only to know the shape of the signal generated in the transmitter, but it is also necessary that the phase-frequency characteristics of the transceiver path and the entire signal propagation path in the signal band are linear. Only in this case, the waveform, its modulation does not change after the signal passes this path and can be incorporated into a matched filter. But the transceiver path (including antennas, amplifiers, filters, etc.) and the propagation channel have the indicated linearity over a limited frequency range. Typically, in practice, the linearity of the transceiver path can be ensured in the frequency interval not exceeding ± (10-15)% of the value of the carrier frequency of the signal.

В случае нелинейности фазочастотной характеристика тракта, проходимого сигналом от момента его формирования в передатчике до согласованной обработки в приемнике, сигнал на выходе такой обработки искажается. Как правило, падает его амплитуда, происходит расширение длительности главного лепестка отклика обработки на одиночный точечный отражатель, возрастает уровень боковых лепестков и пр. Например, в книге Ч. Кука и М. Бернфельда «Радиолокационные сигналы» (М. Изд-во «Советское радио», 1971) показывается появление боковых лепестков в виде «парного эхо». Для учета искажений сигнала в тракте необходим переход к квазисогласованной адаптивной обработке.In the case of nonlinearity, the phase-frequency characteristic of the path passed by the signal from the moment of its formation in the transmitter to the coordinated processing in the receiver, the signal at the output of such processing is distorted. As a rule, its amplitude decreases, the duration of the main lobe of the processing response to a single point reflector expands, the level of side lobes increases, etc. For example, in the book by C. Cook and M. Bernfeld “Radar Signals” (M. Publishing House “Soviet Radio” ”, 1971) shows the appearance of side lobes in the form of a“ paired echo ”. To account for signal distortions in the path, a transition to quasi-consistent adaptive processing is necessary.

Для обеспечения линейности тракта, в общем случае, помимо линейности фазочастотной характеристики тракта, проходимого сигналом, требуется постоянство его амплитудно-частотной характеристики. Часто для СШС это не выполняется. В некоторых случаях нелинейность амплитудно-частотной характеристики практически не сказывается на форме сигнала на выходе согласованного фильтра и поэтому может не учитываться при обработке. В некоторых случаях начальная компенсация непостоянства амплитудно-частотной характеристики может быть выполнена, в том числе и по априорным данным, в некоторых случаях может возникнуть необходимость адаптивной настройки согласованной обработки на априорно неизвестную неравномерность амплитудно-частотной характеристики тракта в полосе СШС. Однако в практически важных случаях искажения сигнала на выходе согласованной обработки при амплитудных и при фазовых искажениях входного ЛЧМ сигнала могут считаться независимыми (см., в указанной ранее книге Ч. Кука и М. Бернфельда, стр. 399), и поэтому методы их компенсации могут рассматриваться раздельно.To ensure the linearity of the path, in general, in addition to the linearity of the phase-frequency characteristic of the path passed by the signal, the constancy of its amplitude-frequency characteristic is required. Often this is not the case for UWB. In some cases, the nonlinearity of the amplitude-frequency characteristic has practically no effect on the waveform at the output of the matched filter and therefore may not be taken into account during processing. In some cases, the initial compensation of the inconstancy of the amplitude-frequency characteristic can be performed, including a priori data, in some cases, it may be necessary to adaptively adapt the processing to a priori unknown non-uniformity of the amplitude-frequency characteristic of the path in the NW band. However, in practically important cases, the signal distortion at the output of the matched processing for amplitude and phase distortions of the input LFM signal can be considered independent (see, in the above book by C. Cook and M. Bernfeld, p. 399), and therefore, methods for their compensation can be considered separately.

В любом случае, согласованная обработка, не учитывающая фазовые искажения сигнала, может не только ухудшить характеристики системы, ее использующей, но и привести к ее полной неэффективности.In any case, coordinated processing that does not take into account phase distortions of the signal can not only degrade the characteristics of the system using it, but also lead to its complete inefficiency.

В качестве аналога системы обработки входного сигнала, учитывающей искажения сигнала при прохождении тракта, можно рассматривать систему связи с одновременной передачей информационного и опорного сигналов. При этом полагается, что искажения обоих сигналов при прохождении тракта одинаковы. Принятый опорный сигнал используется при корреляционной или корреляционно-фильтровой квазисогласованной обработке принятого информационного сигнала. Для узкополосных сигналов в целях уменьшения их взаимного влияния эти два сигнала, как правило, несколько разносят по частоте, но сохраняют в полосе частот, в которой искажения обоих сигналов одинаковые. Для СШС БД это невыполнимо, и требуются специальные методы, обеспечивающие прием информационного сигнала даже при его перекрытии по частотному диапазону с опорным сигналом. В частности, такая система связи может быть выполнена за счет смещения одного из параметров опорного сигнала относительно информационного в соответствии с патентом на изобретение (Брызгалов А.П., Волков П.В. «Способ передачи и приема информации». Патент РФ №2106066 и Евразийский патент №000732 с приоритетом от 27.02.1996).As an analogue of the input signal processing system, taking into account the distortion of the signal during the passage of the path, we can consider a communication system with the simultaneous transmission of information and reference signals. It is assumed that the distortions of both signals during the passage of the path are the same. The received reference signal is used in correlation or correlation-filter quasi-consistent processing of the received information signal. For narrow-band signals, in order to reduce their mutual influence, these two signals, as a rule, are slightly spaced in frequency, but stored in a frequency band in which the distortions of both signals are the same. This is not feasible for the SSS DB, and special methods are required to ensure the reception of the information signal even when it overlaps in the frequency range with the reference signal. In particular, such a communication system can be performed by shifting one of the parameters of the reference signal relative to the information signal in accordance with the patent for the invention (Bryzgalov AP, Volkov PV “Method for transmitting and receiving information.” RF patent No. 2106066 and Eurasian patent No. 000732 with priority of 2/27/1996).

За прототип изобретения принят один из наиболее близких к заявляемому техническому решению по технической сущности способов, изложенный в указанной ранее статье Брызгалова А.П., Карауловой Е.В и Хныкина А.В. Это способ согласованной корреляционно-фильтровой обработки когерентной пачки ЛЧМ импульсов в радиолокаторах с синтезированной апертурой (РСА). В соответствии с этим способом принятый входной сигнал умножают на опорный СШС (сигнал гетеродина) в виде пачки ЛЧМ импульсов. При этом сигнал гетеродина согласован с сигналом передатчика, и настроен на определенные параметры этого сигнала, связанные с прохождением сигналом тракта, что в рассматриваемом прототипе определяется взаимными положением и скоростями летательного аппарата (ЛА) - носителя РСА и лоцируемого участка. В частности, сигнал гетеродина может быть настроен на прием сигнала, отраженного от некоторой точки на местности.For the prototype of the invention adopted one of the closest to the claimed technical solution for the technical nature of the methods described in the previously mentioned article Bryzgalova A.P., Karaulova E.V. and Hnykina A.V. This is a method of coordinated correlation-filter processing of a coherent burst of LFM pulses in synthesized aperture radar (SAR). In accordance with this method, the received input signal is multiplied by the reference SSB (local oscillator signal) in the form of a packet of chirp pulses. In this case, the local oscillator signal is matched with the transmitter signal, and is tuned to certain parameters of this signal associated with the passage of the path signal, which in the considered prototype is determined by the relative positions and speeds of the aircraft (LA) - the SAR carrier and the located area. In particular, the local oscillator signal can be configured to receive a signal reflected from a point on the ground.

При умножении образуют два квадратурных канала (см., например, указанную книгу под ред. Я.Д. Ширмана, стр. 108). В каждом квадратурном канале сигналы оцифровывают и затем обрабатывают в N дальностных каналах. Каждый дальностный канал настроен на определенную точку на местности. Для этого сигнал после умножителя обрабатывают в х N каналах с учетом отличия параметров сигнала каждого канала (задержки и коэффициента временной трансформации р=1-2vr/c, где vr - радиальная составляющая скорости носителя РСА относительно лоцируемой точки, с - скорость света) от параметров сигнала гетеродина. При этом формируют N выборок выходного сигнала приемника для задаваемых точек местности, формируя, тем самым, радиолокационное изображение (РЛИ) лоцируемой местности.When multiplying, they form two quadrature channels (see, for example, the indicated book under the editorship of Ya.D. Shirman, p. 108). In each quadrature channel, the signals are digitized and then processed in N distance channels. Each range channel is tuned to a specific point on the ground. To do this, the signal after the multiplier is processed in x N channels, taking into account the difference in the signal parameters of each channel (delay and time transformation coefficient p = 1-2v r / c, where v r is the radial component of the PCA carrier velocity relative to the location, c is the speed of light) from the parameters of the local oscillator signal. At the same time, N samples of the output signal of the receiver are formed for the given terrain points, thereby forming a radar image (RLI) of the located terrain.

Вместе с тем, следует отметить, что рассмотренный способ корреляционно-фильтровой обработки может использоваться и при решении других задач радиолокации, а также навигации и связи, а количество импульсов в пачке может уменьшаться до одного импульса. В других задачах в качестве параметров обработки могут выступать другие параметры, связанные, например, с пространственным, временным, частотным и иным различием дальностных каналов.At the same time, it should be noted that the considered method of correlation-filter processing can be used to solve other problems of radar, as well as navigation and communication, and the number of pulses in a packet can be reduced to one pulse. In other tasks, processing parameters may be other parameters related, for example, to spatial, temporal, frequency, and other differences in the range channels.

Как видно из описания прототипа, два импульса: входной сигнал, соответствующий некоторому дальностному каналу, и импульс гетеродина - могут быть смещены относительно друг друга и частично не перекрываться по времени. Такое смещение приводит, в частности, к энергетическим потерям, уменьшая эффективную длительность зондирующих импульсов. Чтобы эти потери были несущественными, необходимо, чтобы рассматриваемое смещение было значительно меньше длительности импульса.As can be seen from the description of the prototype, two pulses: the input signal corresponding to a certain range channel, and the local oscillator pulse can be offset relative to each other and partially not overlap in time. Such a shift leads, in particular, to energy losses, reducing the effective duration of the probe pulses. For these losses to be insignificant, it is necessary that the displacement under consideration be significantly less than the pulse duration.

Как уже отмечалось, такая согласованная обработка хорошо работает при отсутствии искажений сформированного в передатчике сигнала, в частности из-за нелинейности фазочастотной характеристики тракта, проходимого этим сигналом. При наличии искажений эти искажения, как правило, априорно неизвестны и, в общем случае, требуют применения адаптивных методов.As already noted, such consistent processing works well in the absence of distortions of the signal generated in the transmitter, in particular due to the nonlinearity of the phase-frequency characteristic of the path passed by this signal. In the presence of distortions, these distortions are, as a rule, a priori unknown and, in the general case, require the use of adaptive methods.

Технической задачей изобретения является разработка способа адаптивной квазисогласованной обработки СШС в виде одиночного ЛЧМ импульса БД или пачки таких импульсов с учетом искажений, которые этот сигнал получает при прохождении им всего тракта от формирования в передатчике до обработки в приемнике за счет нелинейности фазочастотной характеристики тракта. Создание такого способа позволит решить одну из основных проблем, связанную с применением СШС, - проблему искажения СШС в тракте в силу нелинейности этого тракта.An object of the invention is to develop a method for adaptive quasi-consistent processing of the BSS in the form of a single LFB DB pulse or a packet of such pulses, taking into account the distortions that this signal receives when it passes the entire path from generation in the transmitter to processing in the receiver due to the non-linearity of the phase-frequency characteristic of the path. The creation of such a method will solve one of the main problems associated with the use of SSH - the problem of distortion of SHS in the path due to the nonlinearity of this path.

Сущность предлагаемого способа обработки сверхширокополосных сигналов в виде пачки из Nпач импульсов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) при Nпач≥1, осуществляемого с использованием корреляционно-фильтрового способа, в соответствии с которым принятый входной сигнал сначала умножают на опорный сигнал, согласованный с сигналом, сформированным в передатчике, с образованием двух квадратурных каналов, в каждом из которых сигналы оцифровывают и затем обрабатывают в N дальностных каналах, формируя N пар квадратурных составляющих комплексного выходного сигнала обработки для задаваемых параметров обработки, таких как задержка сигнала по времени, его смещение по частоте и пр., и далее находят амплитуды этих сигналов, которые определяют N выборок модуля выходного сигнала обработки, при том что при обработке входного сигнала, искаженного вследствие нелинейности фазочастотных характеристик тракта, проходимого этим сигналами от формирования в передатчике до обработки в приемнике, с интервалом временной корреляции искажений

Figure 00000003
, каждый импульс опорного сигнала разбивают на Кподымп узкополосных подымпульсов, и в каждом квадратурном канале всех N дальностных каналов осуществляют обработку, согласованную с Кподымп пачками из Nпач подымпульсов, формируя матрицу S комплексных сигналов
Figure 00000004
в виде двух квадратурных составляющихThe essence of the proposed method ultrawideband signal processing in a stack of N Pace pulses with linear frequency modulation (LFM) for Pace N ≥1, implemented using the filter-correlation method, according to which a received input signal is first multiplied by a reference signal matched with the signal formed in the transmitter, with the formation of two quadrature channels, in each of which the signals are digitized and then processed in N distance channels, forming N pairs of quadrature components of the complex processing output signal for specified processing parameters, such as a time delay of the signal, its frequency offset, etc., and then find the amplitudes of these signals, which determine N samples of the output module of the processing signal, while processing the input signal distorted due to nonlinearity of the phase-frequency characteristics of the path traveled by these signals from formation in the transmitter to processing at the receiver, with an interval of time distortion correlation
Figure 00000003
Each pulse of the reference signal is split into K podymp narrowband podympulsov and in each quadrature channel of all N channels, the processing of range, matched with K podymp batches of N Pace podympulsov forming a matrix of complex signals S
Figure 00000004
in the form of two quadrature components

Snkc, Snks,S nkc , S nks ,

где k=1, …, Kподымп - порядковый номер подымпульса,where k = 1, ..., K sub - pulse is the serial number of the sub-pulse,

n=1, …, N-номер дальностного канала,n = 1, ..., N-number of the ranging channel,

и далее, исходя из матрицы S, осуществляют оценку фазовых искажений Δψko в каждом подымпульсе и эти поправки вносят в соответствующие по номеру k сигналы подымпульсов

Figure 00000005
всех каналов, которые затем в каждом дальностном канале суммируют, формируя результирующие N комплексных выборок выходного сигнала.and further, proceeding from the matrix S, the phase distortions Δψ ko are estimated in each subpulse and these corrections are introduced into the subpulse signals corresponding to the number k
Figure 00000005
all channels, which are then summed in each range channel, forming the resulting N complex samples of the output signal.

Причем длительность подымпульса τподымп выбирают такой, чтобы она была не менее чем в 5 раз меньше

Figure 00000003
, но не менее чем в 5 раз больше интервала заданных значений задержек входных сигналов по времени, а отношение сигнал/шум при согласованной обработке пачки подымпульсов значительно (не менее чем в 5 раз) превышало 1, а при оцифровывании сигнала такт временного квантования выбирают таким, чтобы число выборок сигнала на один подымпульс было не меньше 10.Moreover, the duration of the subpulse τ subpump is chosen so that it is not less than 5 times less
Figure 00000003
, but not less than 5 times the interval of the specified values of the input signal delays in time, and the signal-to-noise ratio during the coordinated processing of the sub-pulse train significantly (not less than 5 times) exceeded 1, and when digitizing the signal, the temporal quantization cycle is chosen as so that the number of signal samples per subpulse is not less than 10.

При этом для оценки фазовых искажений Δψko сначала, исходя из матрицы S, формируют исходный выходной сигнал для всех N каналов и по исходному сигналу выбирают M-й дальностный канал, амплитуда выходного сигнала которого не менее чем в 5 раз превосходит амплитуды выходных сигналов других дальностных каналов, не совпадающих с M-м каналом по временной задержке или не разрешенных с ним ни по одному из параметров обработки, и далее по сигналам

Figure 00000006
осуществляют оценку фазовых искажений Δψko.Moreover, to estimate the phase distortions Δψ ko, first, starting from the matrix S, the initial output signal is formed for all N channels and the Mth range channel is selected from the initial signal, the amplitude of the output signal of which is at least 5 times the amplitude of the output signals of other long-range channels that do not coincide with the M-th channel in time delay or are not allowed with it in any of the processing parameters, and further according to the signals
Figure 00000006
assess phase distortion Δψ ko .

При этом формирование исходного выходного сигнала осуществляют путем суммирования в каждом n-м дальностном канале или модулей сигналов

Figure 00000007
всех Kподымп подымпульсов, или сигналов
Figure 00000008
.In this case, the formation of the initial output signal is carried out by summing in each n-th range channel or signal modules
Figure 00000007
all K sub- pulses of sub- pulses, or signals
Figure 00000008
.

Оценку фазовых искажений Δψko в выбранном M-м канале целесообразно выполнять, исходя из сигналов

Figure 00000009
, оценивая фазу ψMk по каждому подымпульсу как ψMk=arctg(SMks/SMkc) и формируя вектор ψм=(ψМ1, … ψMKподымп), и далее зависимость ψMk от k аппроксимируют полиномом ψko=а+bk+ck2, где a, b и с находят по методу наименьшего квадратичного отклонения, исходя из минимизации значенияIt is advisable to evaluate the phase distortions Δψ ko in the selected Mth channel based on the signals
Figure 00000009
, estimating the phase ψ Mk for each subpulse as ψ Mk = arctan (S Mks / S Mkc ) and forming the vector ψ m = (ψ M1 , ... ψ MK subnumber ), and then approximate the dependence of ψ Mk on k by the polynomial ψ ko = а + bk + ck 2 , where a, b, and c are found by the least square deviation method, based on minimizing the value

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

Далее определяют поправки по фазе для корректировки искажений СШС в каждом k-м подымпульсе, исходя из выражения ΔψkoMkko.Next, phase corrections are determined to correct for the distortion of the NWS in each kth subpulse, based on the expression Δψ ko = ψ Mkko .

Для упрощения обработки изменение ψMk по k аппроксимируют также прямой линией ψko=а+bk.To simplify the processing, the change in ψ Mk with respect to k is also approximated by the straight line ψ ko = a + bk.

Несмотря на некоторые ограничения на применение предлагаемого способа, при его использовании поставленная задача адаптивной квазисогласованной обработки, учитывающей фазовые искажения ЛЧМ СШС в тракте его распространения, решается во многих важных для практики случаях.Despite some restrictions on the application of the proposed method, when using it, the task of adaptive quasi-consistent processing, taking into account phase distortions of the LFM SSH in the path of its distribution, is solved in many cases important for practice.

Перечень чертежей:The list of drawings:

На фиг. 1 приведено РЛИ в цветовой (яркостной) палитре в координатах XY при лоцировании РСА точечного отражателя в отсутствии других отражателей, шумов и искажений сигнала.In FIG. Figure 1 shows the radar image in the color (brightness) palette in the XY coordinates when locating the SAR of a point reflector in the absence of other reflectors, noise, and signal distortion.

На фиг. 2 приведено то же РЛИ, что и на фиг. 1, но уже трехмерное при виде сбоку.In FIG. 2 shows the same radar image as in FIG. 1, but already three-dimensional when viewed from the side.

На фиг. 3 и 4 показано РЛИ для того же случая, что на фиг. 1 и фиг. 2, но уже при наличии фазовых искажений сигнала после прохождения им тракта.In FIG. 3 and 4 show radar images for the same case as in FIG. 1 and FIG. 2, but already in the presence of phase distortion of the signal after passing through the path.

На фиг. 5 и фиг. 6 приведено РЛИ для того случая, но при компенсации искажений.In FIG. 5 and FIG. Figure 6 shows the radar image for that case, but with distortion compensation.

На фиг. 7 приведено РЛИ при уменьшении количества подымпульсов с 15 до 10.In FIG. Figure 7 shows the radar image with a decrease in the number of subpulses from 15 to 10.

На фиг. 8 рассмотрен случай согласованной обработки при лоцировании двух отражателей, когда искажения отсутствуют, и компенсация не проводится.In FIG. 8, the case of coordinated processing when locating two reflectors is considered, when there are no distortions and no compensation is performed.

На фиг. 9 приведены результаты случая, что и для фиг. 8, но когда имеются искажения фазы входного сигнала в форме синусоиды с размахом 60 град и периодом 0.5 τимп. Компенсация не проводится.In FIG. 9 shows the results of the case as for FIG. 8, but when there is a phase distortion of the input signal in the form of a sine wave with a span of 60 degrees and a period of 0.5 τ imp . No compensation.

На фиг. 10 приведены результаты моделирования случая, что на фиг. 9, но при наличии и искажений, и компенсации.In FIG. 10 shows the simulation results of the case that in FIG. 9, but in the presence of distortion and compensation.

На фиг. 11…13 приведены результаты моделирования при граничных условиях по разрешению по дальности.In FIG. 11 ... 13 shows the simulation results under boundary conditions for range resolution.

На фиг. 14…16 приведены результаты моделирования при расстоянии между двумя отражателями меньше разрешения по дальности.In FIG. 14 ... 16 shows the simulation results at a distance between two reflectors less than the resolution in range.

На фиг. 17…19 приведены результаты моделирования обработки при равенстве дальности до двух отражателей.In FIG. 17 ... 19 shows the results of modeling processing with equal ranges to two reflectors.

Техническая реализация предлагаемого способа и его эффективность могут быть пояснены на примере применения его к прототипу - к пространственно-временной обработке когерентной пачки ЛЧМ импульсов в РСА. Выходом этой обработки является РЛИ, состоящее из множества N отдельных элементов изображения - пикселей, соответствующих отражениям от участков поверхности. Поэтому согласованная обработка для каждого участка должна осуществляться с учетом его параметров, связанных с его положением и скоростью относительно антенны РСА при каждом зондировании на интервале синтезирования, т.е. согласованная обработка должна осуществляться в N каналах, условно названных дальностными. При корреляционно-фильтровой обработке это соответствует трем ее этапам.The technical implementation of the proposed method and its effectiveness can be explained by the example of applying it to a prototype - to spatio-temporal processing of a coherent burst of chirp pulses in PCA. The output of this processing is a radar image, consisting of many N individual image elements - pixels, corresponding to reflections from surface areas. Therefore, coordinated processing for each section should be carried out taking into account its parameters related to its position and speed relative to the SAR antenna with each sounding in the synthesis interval, i.e. Coordinated processing should be carried out in N channels, conditionally called range. In correlation-filter processing, this corresponds to its three stages.

На первом этапе осуществляют перемножение входного сигнала на сигнал гетеродина с образованием двух квадратурных каналов. При этом сигнал гетеродина по форме соответствует зондирующему сигналу, а его параметры выбираются, исходя из задачи лоцирования, например из заданного для лоцирования участка местности. Это этап аналоговой обработки. Он завершается полосовыми фильтрами, которые выделяют сигналы разностной частоты, и аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). На втором этапе завершают обработку, согласованную для каждого импульса зондирования во всех N дальностных каналах. Для этого в каждом канале выборки оцифрованный сигнал за каждый импульс умножают на соответствующий множитель, учитывающий различие параметров сигнала гетеродина и сигнала, отраженного от конкретного участка, и суммируют выборки за импульс. Тем самым, по сумме двух этапов осуществляют свертку входных импульсов с соответствующими импульсами опорных сигналов (согласованную обработку всех импульсов). Затем на третьем этапе осуществляется межпериодная обработка пачек импульсов, полученных на интервале синтезирования. Для этого для каждого дальностного канала результаты свертки на втором этапе умножаются на коэффициенты, рассчитываемые для соответствующего элемента местности (дальностного канала), и суммируются. При наличии нескольких приемных модулей вводится 4 этап, на котором должно быть проведено суммирование результатов обработки в разных приемных модулях.At the first stage, the input signal is multiplied by the local oscillator signal with the formation of two quadrature channels. At the same time, the local oscillator signal corresponds in form to the probing signal, and its parameters are selected based on the location problem, for example, from a given location for location. This is an analog processing step. It ends with band-pass filters that separate the differential frequency signals, and analog-to-digital converters (ADCs). At the second stage, the processing agreed upon for each probe pulse in all N distance channels is completed. To do this, in each channel of the sample, the digitized signal for each pulse is multiplied by the corresponding factor, taking into account the difference between the parameters of the local oscillator signal and the signal reflected from a particular section, and the samples are summed per pulse. Thus, by the sum of two stages, the input pulses are convolved with the corresponding pulses of the reference signals (coordinated processing of all pulses). Then, at the third stage, inter-period processing of bursts of pulses obtained in the synthesis interval is carried out. For this, for each range channel, the convolution results at the second stage are multiplied by the coefficients calculated for the corresponding terrain element (range channel), and are summed. If there are several receiving modules, the 4th stage is introduced, at which summation of the processing results in different receiving modules should be carried out.

Влияние фазовых искажений в прототипе можно проиллюстрировать результатами численного моделирования РСА. Имитировалось движение носителя РСА, непрерывное излучение формируемых в передатчике зондирующих ЛЧМ импульсов, их отражение от точечных объектов, расположенных на заданном удалении от РСА (с заданными координатами XY на местности), и согласованная обработка принятых сигналов - синтезирование РЛИ введенных отражателей. При необходимости имитировались также собственные шумы приемного устройства РСА (при требуемом соотношении сигнал/шум).The influence of phase distortion in the prototype can be illustrated by the results of numerical simulation of SAR. The motion of the SAR carrier was simulated, the continuous radiation of the probing LFM pulses generated in the transmitter, their reflection from point objects located at a specified distance from the SAR (with the given XY coordinates on the ground), and the coordinated processing of the received signals — the synthesis of radar images of the introduced reflectors. If necessary, the intrinsic noise of the PCA receiver was also simulated (with the required signal-to-noise ratio).

Далее приведены результаты моделирования при имитации полета носителя РСА в координатах XY на высоте hн:The following are the simulation results when simulating the flight of a SAR carrier in XY coordinates at a height of h n :

- исходные координаты носителя: Xн=0, Yн=-500 м, hн=1000 м, единственная ненулевая составляющая скорости носителя Vун=100 м/с;- the initial coordinates of the carrier: X n = 0, Y n = -500 m, h n = 1000 m, the only non-zero component of the velocity of the carrier V un = 100 m / s;

- одиночный отражатель расположен в точке с координатами Хотр=10000 м, Yотр=0;- a single reflector is located at a point with coordinates X OTR = 10000 m, Y OTR = 0;

- гетеродин настроен на отражатель, т.е. Хг=10000 м, Yг=0;- the local oscillator is tuned to the reflector, i.e. X g = 10,000 m, Y g = 0;

- параметры формируемой в передатчике и используемой при синтезировании пачки ЛЧМ импульсов: длительность импульса τимп=1 мс, период повторения импульсов Тп=0,1 с, начальная несущая частота f0=1 ГГц, девиация частоты в каждом импульсе fдев=200 МГц;- parameters of the pulsed LFM pulses formed in the transmitter and used in the synthesis: pulse duration τ imp = 1 ms, pulse repetition period T p = 0.1 s, initial carrier frequency f 0 = 1 GHz, frequency deviation f dev = 200 in each pulse MHz;

- длина интервала синтезирования Dсинт=1000 м,- the length of the synthesis interval D synt = 1000 m,

- для подавления боковых лепестков помимо согласованной обработки используется дополнительная весовая обработка по Хеммингу.- to suppress the side lobes, in addition to the coordinated processing, an additional Hamming weight treatment is used.

На фиг. 1 и 2 приведен отклик согласованной пространственно-временной обработки на воздействие на входе когерентной пачки ЛЧМ импульсов с указанными выше параметрами в отсутствие искажений этого сигнала при прохождении им всего тракта, т.е. приведено РЛИ при лоцировании РСА точечного отражателя в отсутствии других отражателей, шумов и искажений. На фиг. 1 дано РЛИ в цветовой (яркостной) палитре в координатах XY. На фиг. 2 показан тот же отклик, но дан вид сбоку, при котором хорошо виден главный лепесток отклика и низкий уровень боковых лепестков. На фиг. 3 и 4 приведен тот же отклик, но при наличии фазовых искажений в принимаемом сигнале, имитируемых путем ввода дополнительного изменения фазы ЛЧМ импульса по синусоиде с амплитудой 30 градусов с периодом τимп/2.266 с. Как видно из фиг. 3 и 4, искажения входного сигнала привели к некоторому уменьшению главного лепестка, к его расширению, но, главное, к появлению значительных боковых лепестков, что исказит РЛИ лоцируемой местности и, можно считать, полностью нарушит работу РСА.In FIG. Figures 1 and 2 show the response of the coordinated spatiotemporal processing to the action at the input of a coherent burst of LFM pulses with the above parameters in the absence of distortions of this signal during its passage through the entire path, i.e. radar data are shown when locating a SAR of a point reflector in the absence of other reflectors, noise, and distortion. In FIG. 1 is given by X-rays in the color (brightness) palette in XY coordinates. In FIG. Figure 2 shows the same response, but a side view is given in which the main lobe of the response and the low level of the side lobes are clearly visible. In FIG. Figures 3 and 4 show the same response, but in the presence of phase distortions in the received signal, simulated by introducing an additional phase change of the LFM pulse along a sinusoid with an amplitude of 30 degrees with a period of τ imp /2.266 s. As can be seen from FIG. 3 and 4, distortions of the input signal led to a certain decrease in the main lobe, to its expansion, but, most importantly, to the appearance of significant side lobes, which will distort the radar data of the locality and, it can be considered, completely disrupt the PCA.

На фиг. 5 и 6 приведено РЛИ для рассматриваемого случая при вводе компенсации фазовых искажений в соответствии с пп. 4 и 7 предлагаемой формулы. Из сравнения фиг. 2 и фиг. 6 видно, что после компенсации главный лепесток отклика практически не изменился, а уровень боковых лепестков хотя и увеличился (примерно с -42 дБ до -35 дБ), но вполне соответствует требуемому уровню при практических реализациях весовой обработки.In FIG. Figures 5 and 6 show the radar image for the case under consideration when introducing phase distortion compensation in accordance with paragraphs. 4 and 7 of the proposed formula. From a comparison of FIG. 2 and FIG. Figure 6 shows that after compensation, the main lobe of the response has not changed, and the level of the side lobes, although it has increased (from about -42 dB to -35 dB), is quite consistent with the required level in practical implementations of weight processing.

Для осуществления компенсации фазовых искажений приходящих отраженных сигналов на втором этапе при внутриимпульсной обработке в каждом дальностном канале опорный импульс разбивают на Kподымп подымпульсов, тем самым разбивая СШС на сумму узкополосных сигналов, так как девиация подымпульса по сравнению с девиацией исходного ЛЧМ импульса уменьшается в Kподымп раз. При этом можно считать, что искажения в подымпульсе незначительны, и ими можно пренебречь - поэтому для каждого подымпульса и для пачки таких подымпульсов одного частотного диапазона (номера подымпульса) проводят согласованную обработку. Важно компенсировать искажения между подымпульсами, что и достигается за счет вычисления и ввода при суммировании сигналов подымпульсов корректирующей фазовой поправки Δψko. При этом можно показать (см., в частности, названную ранее статью А.П. Брызгалова), что вводимая фаза при согласованной обработке сигнала за импульс путем суммировании сигналов подымпульсов в каждом дальностном канале (в том числе и в M-м канале) в отсутствие искажений аппроксимируется полиномом не выше второй степени. Отличие от такой аппроксимации вызвано искажениями входного сигнала. Поэтому, полагая, что канал с наибольшей амплитудой (M-й канал) и, соответственно, с наилучшим соотношением сигнал / (шум + мешающие отражения) может быть взят за эталон, можно записать, что ΔψkoMkko, где ψko есть аппроксимация изменения замеренных значений ψMk за Kподымп подымпульсов. Можно отметить, что с точки зрения влияния шумов и помех, такая аппроксимация и определение Δψko должна осуществляться после согласованной обработки не отдельных подымпульсов, а пачки из таких подымпульсов за интервал синтезирования. Однако особенно при моделировании в отсутствие шумов и помех можно использовать и результаты согласованной обработки подымпульсов одиночного импульса.To compensate for phase distortions of incoming reflected signals at the second stage during intra-pulse processing in each range channel, the reference pulse is divided into K sub- pulses of the sub- pulses, thereby dividing the CWB into the sum of narrow-band signals, since the deviation of the sub-pulse compared to the deviation of the original LFM pulse decreases by K sub-pulse time. At the same time, we can assume that the distortions in the subpulse are insignificant, and they can be neglected - therefore, for each subpulse and for a pack of such subpulses of the same frequency range (subpulse number), coordinated processing is performed. It is important to compensate for distortions between sub-pulses, which is achieved by calculating and entering, when summing the signals of the sub-pulses, the correcting phase correction Δψ ko . At the same time, it can be shown (see, in particular, the earlier article by A.P. Bryzgalov) that the input phase during the coordinated processing of the signal per pulse by summing the subpulse signals in each range channel (including the M-th channel) in the absence of distortion is approximated by a polynomial not higher than the second degree. The difference from this approximation is caused by distortion of the input signal. Therefore, assuming that the channel with the largest amplitude (Mth channel) and, accordingly, with the best signal / (noise + interfering reflection) ratio can be taken as a standard, we can write that Δψ ko = ψ Mkko , where ψ ko is an approximation of the change in the measured values of ψ Mk for K sub- pulses of sub- pulses. It can be noted that from the point of view of the influence of noise and interference, such an approximation and determination of Δψ ko should be carried out after coordinated processing not of individual subpulses, but of packs of such subpulses for the synthesis interval. However, especially when modeling in the absence of noise and interference, the results of the coordinated processing of subpulses of a single pulse can be used.

Необходимость условия, чтобы (в соответствии с формулой) длительность подымпульса τподымп была меньше интервала временной корреляции искажений входного сигнала

Figure 00000003
, можно проиллюстрировать фиг. 7, на которой приведено РЛИ для рассматриваемого случая при уменьшенном количестве подымпульсов с 15 до 10. В рассматриваемом примере искажения носят периодический характер в виде синусоиды. Функция корреляции тоже периодическая. Очевидно, что в этом случае требование по корреляции эквивалентно тому, чтобы длительность подымпульса была много меньше периода корреляции. Видно, что при 10 подымпульсах, когда длительность подымпульса примерно равна 0.23 периода изменения искажений, даже после компенсации искажения в этом случае значительные, в то время как при 15 подымпульсах искажения выходного сигнала приемлемы.The need for the condition that (in accordance with the formula) the duration of the sub-pulse τ of the sub-pulse is less than the interval of the time correlation of distortions of the input signal
Figure 00000003
Can be illustrated by FIG. 7, which shows the radar image for the case under consideration with a reduced number of subpulses from 15 to 10. In this example, the distortions are periodic in the form of a sinusoid. The correlation function is also periodic. Obviously, in this case, the correlation requirement is equivalent to the subpulse duration being much shorter than the correlation period. It can be seen that at 10 sub-pulses, when the sub-pulse duration is approximately equal to 0.23 of the distortion change period, even after compensation, the distortions in this case are significant, while at 15 sub-pulses the distortion of the output signal is acceptable.

Требование, чтобы интервал заданных значений задержек входных сигналов по времени был значительно меньше τподымп достаточно очевидно. При этом полагается, что задержка сигнала гетеродина соответствует этому интервалу, например, равна среднему значению этого интервала. Невыполнение указанного условия приведет к значительному смещению двух импульсов - сигнального и опорного - относительно друг друга и, как следствие, к потере энергетического потенциала и коэффициента сжатия, т.е. к снижению дальности работы, разрешения, точности и т.д.The requirement that the interval of the set delay values of the input signals in time be significantly less than τ sub-amplitudes is quite obvious. It is assumed that the delay of the local oscillator signal corresponds to this interval, for example, is equal to the average value of this interval. Failure to fulfill this condition will lead to a significant displacement of two pulses - signal and reference - relative to each other and, as a result, to a loss of energy potential and compression ratio, i.e. to reduce the range, resolution, accuracy, etc.

При наличии нескольких отраженных сигналов с примерно равной интенсивностью для эффективной компенсации искажений необходимо, чтобы эти отражатели или совпадали по дальности либо были разрешены хотя бы по одному из параметров обработки. В рассматриваемом случае разрешение возможно по дальности (задержке) или по линейному разрешению по угловым координатам (по азимуту). При этом линейное разрешение по азимуту определяется разрешением в РСА, полученным при синтезировании. По дальности разрешение определяется разрешением одного подымпульса, так как компенсация производится по сигналам, полученным после обработки пачек подымпульсов. Учитывая, что девиация частоты в подымпульсе при ЛЧМ сигнале в Кподымп раз меньше девиации в импульсе, нетрудно получить, что при компенсации разрешение по дальности определяется выражением

Figure 00000011
. В частности, при τимп=1 мс, Кподимп=20, fдев=500 МГц разрешение составит 6 м. Для этого случая было проведено моделирование при f0=500 МГц, Тп=1 с при двух точечных отражающих объектах с координатами Хотр1=9990 м, Хохр2=10010 м, Yотр1=Yотp2=0 м, hотр1=hотр2=0 и при движении носителя РСА вдоль оси Y со скоростью -100 м/с из начальной точки Хн=0, Yн=500 м, hн=100 м. На фиг. 8 приведено РЛИ для случая согласованной обработки, когда отсутствуют искажения и коррекция не проводится. На фиг. 9 приведены результаты, когда имеются искажения в виде аддитивного дополнительного изменения фазы входного сигнала в форме синусоиды с размахом 60 град и периодом 0.5 τимп. Компенсация не проводится. На фиг. 10 приведены результаты моделирования при наличии и искажений и компенсации (Кподымп=20). Из приведенных чертежей видно, что при компенсации практически полностью восстанавливается форма отклика РСА (его РЛИ), только незначительно возрастает уровень боковых лепестков, но он остается на уровне технических лепестков, имеющихся на практике.In the presence of several reflected signals with approximately equal intensity, for effective compensation of distortions it is necessary that these reflectors either coincide in range or be resolved by at least one of the processing parameters. In this case, resolution is possible in range (delay) or in linear resolution in angular coordinates (in azimuth). In this case, the linear resolution in azimuth is determined by the resolution in the SAR obtained during the synthesis. In range, the resolution is determined by the resolution of one subpulse, since compensation is made according to the signals received after processing the packets of subpulses. Taking into account that the frequency deviation in the subpulse during the LFM signal in K, the subpulse is less than the deviation in the pulse, it is easy to obtain that when compensating, the range resolution is determined by the expression
Figure 00000011
. In particular, at τ imp = 1 ms, K subimp = 20, f dev = 500 MHz, the resolution will be 6 m. For this case, modeling was performed at f 0 = 500 MHz, T p = 1 s for two point reflecting objects with coordinates X sp1 = 9990 m, X sp2 = 10010 m, Y sp1 = Y sp2 = 0 m, h sp1 = h sp2 = 0 and when the PCA carrier moves along the Y axis at a speed of -100 m / s from the starting point X n = 0 , Y n = 500 m, h n = 100 m. In FIG. Figure 8 shows the radar image for the case of coordinated processing, when there are no distortions and no correction is performed. In FIG. Figure 9 shows the results when there are distortions in the form of an additive additional change in the phase of the input signal in the form of a sinusoid with a span of 60 degrees and a period of 0.5 τ imp . No compensation. In FIG. 10 shows the simulation results in the presence of both distortion and compensation (K subpump = 20). It can be seen from the drawings that, when compensated, the response form of the SAR (its XRD) is almost completely restored, the level of the side lobes only slightly increases, but it remains at the level of the technical lobes available in practice.

На фиг. 11…13 приведены результаты моделирования при граничных условиях по разрешению по дальности - расстояние между двумя отражателями равно 5 м (Xотр1=9997.5 м, Хотр2=10002.5 м, Yотр1=Yотр2=0 м, hотр1=hотр2=0). Приведено РЛИ при согласованной обработке в отсутствие искажений, при наличии и при их компенсации предлагаемым по п. 7 формулы способом. На фиг. 14…16 приведены результаты моделирования при расстоянии между двумя отражателями, равном 2 м (Xотр1=9999 м, Хотр2=10001 м). Примерно то же получается при расстоянии между отражателями по оси X, равном 4 м. Из приведенных чертежей видно, что при уменьшении указанного расстояния до 4 и менее компенсация искажений нарушается.In FIG. 11 ... 13 shows the simulation results under boundary conditions for range resolution - the distance between two reflectors is 5 m (X adr1 = 9997.5 m, X ad2 = 10002.5 m, Y ad1 = Y ad2 = 0 m, h ad1 = h ad2 = 0 ) The radar image is given in case of coordinated processing in the absence of distortions, in the presence and at their compensation, by the method proposed by paragraph 7 of the formula. In FIG. 14 ... 16 shows the simulation results at a distance between two reflectors equal to 2 m (X spr1 = 9999 m, X spr2 = 10001 m). Approximately the same thing happens when the distance between the reflectors on the X axis is 4 m. It can be seen from the drawings that when the specified distance is reduced to 4 or less, the distortion compensation is violated.

Однако при Xотр1отр2 эффективность компенсации искажений восстанавливается. На фиг. 17…19 приведен результат моделирования обработки с компенсацией при Хотр1отр2=10000 м и Yотр1=-4 м, Yотр2=4 м. Эффективность компенсации высокая. Допускаемое при этом отличие по X определяется разрешающей способностью ЛЧМ импульса.However, with X OT1 = X OT2, the distortion compensation efficiency is restored. In FIG. 17 ... 19 shows the simulation result of processing with compensation at X OTR1 = X OTR2 = 10000 m and Y OTR1 = -4 m, Y OTR2 = 4 m. The compensation efficiency is high. The allowable difference in X is determined by the resolution of the LFM pulse.

Claims (13)

1. Способ обработки сверхширокополосных сигналов (СШС) в виде пачки из Nпач импульсов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) при Nпач≥1, осуществляемый с использованием корреляционно-фильтрового способа, в соответствии с которым принятый входной сигнал сначала умножают на опорный сигнал, согласованный с сигналом, сформированным в передатчике, с образованием двух квадратурных каналов, в каждом из которых сигналы оцифровывают и затем обрабатывают в N дальностных каналах, формируя N пар квадратурных составляющих комплексного выходного сигнала обработки для задаваемых параметров, и далее находят амплитуды этих сигналов, которые определяют N выборок модуля выходного сигнала обработки, характеризующийся тем, что при обработке входного сигнала, искаженного вследствие нелинейности фазочастотных характеристик тракта, проходимого этими сигналами от формирования в передатчике до обработки в приемнике, с интервалом временной корреляции искажений τкор_иск, каждый импульс опорного сигнала разбивают на Кподымп узкополосных подымпульсов и в каждом квадратурном канале всех N дальностных каналов осуществляют обработку, согласованную с Кподымп пачками из Nпач подымпульсов каждая, формируя матрицу S комплексных сигналов
Figure 00000012
в виде двух квадратурных составляющих
1. A method for signal processing ultrawideband (UWB) as a burst of N pulses Pace with linear frequency modulation (LFM) for Pace N ≥1, implemented using the filter-correlation method, according to which a received input signal is first multiplied by the reference signal, matched with the signal generated in the transmitter, with the formation of two quadrature channels, in each of which the signals are digitized and then processed in N distance channels, forming N pairs of quadrature components of the complex output signal processing for the given parameters, and then find the amplitudes of these signals, which determine N samples of the output module of the processing signal, characterized in that when processing an input signal distorted due to the nonlinearity of the phase-frequency characteristics of the path traveled by these signals from generation in the transmitter to processing in the receiver, correlation interval time τ distortion kor_isk, each pulse of the reference signal is split into K podymp narrowband podympulsov and in each quadrature channel all gave N nostnyh channel, the processing, matched with K podymp batches of N Pace podympulsov each forming a matrix of complex signals S
Figure 00000012
in the form of two quadrature components
Snkc, Snks,S nkc , S nks , где k=1, …Кподымп - порядковый номер подымпульса,where k = 1, ... K podymp - serial number of the podimpulse, n=1, …N - номер дальностного канала,n = 1, ... N is the number of the range channel, и далее, исходя из матрицы S, осуществляют оценку фазовых искажений Δψko в каждом подымпульсе и эти поправки вносят в соответствующие по номеру k сигналы подымпульсов
Figure 00000013
всех каналов, которые затем в каждом дальностном канале суммируют, формируя результирующие N комплексных выборок выходного сигнала.
and further, proceeding from the matrix S, the phase distortions Δψ ko are estimated in each subpulse and these corrections are introduced into the subpulse signals corresponding to the number k
Figure 00000013
all channels, which are then summed in each range channel, forming the resulting N complex samples of the output signal.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что длительность подымпульса τподымп выбирают такой, чтобы она была не менее чем в 5 раз меньше τкор_иск, но не менее чем в 5 раз больше интервала заданных значений задержек входных сигналов по времени, а отношение сигнал/шум при согласованной обработке пачки подымпульсов значительно превышало 1, а при оцифровывании сигнала такт временного квантования выбирают таким, чтобы число выборок сигнала на один подымпульс было не меньше 10.2. The method according to p. 1, characterized in that the duration of the sub-pulse τ sub-steps is chosen so that it is not less than 5 times less than τ cor_isk , but not less than 5 times the interval of the set delay values of the input signals in time, and the signal-to-noise ratio during the coordinated processing of the burst of sub-pulses was significantly greater than 1, and when digitizing the signal, the time-quantization cycle was chosen so that the number of signal samples per sub-pulse was not less than 10. 3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для оценки фазовых искажений Δψko сначала, исходя из матрицы S, формируют исходный выходной сигнал для всех N каналов и по исходному сигналу выбирают М-й дальностный канал, амплитуда выходного сигнала которого не менее чем в 5 раз превосходит амплитуды выходных сигналов других дальностных каналов, не совпадающих с М-м каналом по временной задержке или не разрешенных с ним ни по одному из параметров обработки, и далее по сигналам
Figure 00000014
осуществляют оценку фазовых искажений Δψko.
3. The method according to p. 1, characterized in that to assess the phase distortion Δψ ko, first, based on the matrix S, the initial output signal is generated for all N channels and the M-th range channel is selected from the initial signal, the amplitude of the output signal of which is not less than than 5 times exceeds the amplitudes of the output signals of other long-range channels that do not coincide with the M-th channel in time delay or are not allowed with it in any of the processing parameters, and further according to the signals
Figure 00000014
assess phase distortion Δψ ko .
4. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что исходный выходной сигнал формируют за счет суммирования модулей сигналов
Figure 00000015
всех Кподымп подымпульсов в каждом n-м дальностном канале.
4. The method according to p. 3, characterized in that the original output signal is formed by summing the signal modules
Figure 00000015
of all K sub- pulses of sub- pulses in each nth range channel.
5. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что исходный выходной сигнал в каждом n-ом дальностном канале формируют путем суммирования Кподымп сигналов
Figure 00000016
.
5. The method according to p. 3, characterized in that the initial output signal in each n-th range channel is formed by summing K sub- signals
Figure 00000016
.
6. Способ по пп. 4 и 5, характеризующийся тем, что для оценки фазовых искажений Δψko в выбранном М-ом канале, исходя из сигналов
Figure 00000017
, оценивают фазу ψMk по каждому подымпульсу, как ψМк=arctg(SMks/SMkc), формируя вектор ψM=(ψM1, …ψMKнодимп), далее зависимость ψMk от k аппроксимируют полиномом ψko=а+bk+ck2, где a, b и с находят по методу наименьшего квадратичного отклонения, исходя из минимизации значения
6. The method according to PP. 4 and 5, characterized in that to assess the phase distortion Δψ ko in the selected Mth channel, based on the signals
Figure 00000017
, estimate the phase ψ Mk for each subpulse as ψ Mk = arctan (S Mks / S Mkc ), forming the vector ψ M = (ψ M1 , ... ψ MKnodim ), then approximate the dependence of ψ Mk on k by the polynomial ψ ko = а + bk + ck 2 , where a, b, and c are found by the least square deviation method, based on minimizing the value
Figure 00000018
Figure 00000018
и далее определяют поправки по фазе для корректировки искажений СШС в каждом k-м подымпульсе, исходя из выражения ΔψkoMkko.and then phase corrections are determined to correct the distortion of the NWS in each kth subpulse based on the expression Δψ ko = ψ Mkko . 7. Способ по п. 6, характеризующийся тем, что для упрощения обработки ψMk аппроксимируют прямой линией ψko=а+bk.7. The method according to claim 6, characterized in that, to simplify the processing, ψ Mk is approximated by a straight line ψ ko = a + bk.
RU2016123422A 2016-06-14 2016-06-14 Method of processing super-wide-band signals RU2624005C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123422A RU2624005C1 (en) 2016-06-14 2016-06-14 Method of processing super-wide-band signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123422A RU2624005C1 (en) 2016-06-14 2016-06-14 Method of processing super-wide-band signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2624005C1 true RU2624005C1 (en) 2017-06-30

Family

ID=59312257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016123422A RU2624005C1 (en) 2016-06-14 2016-06-14 Method of processing super-wide-band signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2624005C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696084C1 (en) * 2018-09-21 2019-07-31 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Method of estimating radial velocity of an object

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001047203A2 (en) * 1999-12-21 2001-06-28 Rudolf Bannasch Modulation using chirp signals, in particular for use in a multipath environment
RU2216872C1 (en) * 2002-03-11 2003-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Signal receiving device linearly frequency modulated from mobile transmitter
JP4775712B2 (en) * 2006-08-22 2011-09-21 横河電機株式会社 Condensation detection sensor
RU2546999C1 (en) * 2014-04-04 2015-04-10 Закрытое акционерное общество "АЭРО-КОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ" Short-pulse radar with electronic scanning in two planes and with high-precision measurement of coordinates and speeds of objects

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001047203A2 (en) * 1999-12-21 2001-06-28 Rudolf Bannasch Modulation using chirp signals, in particular for use in a multipath environment
RU2216872C1 (en) * 2002-03-11 2003-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Signal receiving device linearly frequency modulated from mobile transmitter
JP4775712B2 (en) * 2006-08-22 2011-09-21 横河電機株式会社 Condensation detection sensor
RU2546999C1 (en) * 2014-04-04 2015-04-10 Закрытое акционерное общество "АЭРО-КОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ" Short-pulse radar with electronic scanning in two planes and with high-precision measurement of coordinates and speeds of objects

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696084C1 (en) * 2018-09-21 2019-07-31 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Method of estimating radial velocity of an object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5376939A (en) Dual-frequency, complementary-sequence pulse radar
US10107895B2 (en) Amplitude calibration of a stepped-chirp signal for a synthetic aperture radar
RU2449307C2 (en) Method of surveillance pulse doppler radar of targets on background of reflections from earth surface
JP2017003553A (en) Phase calibration of stepwise chirp signal for synthetic aperture radar
EP1751578A2 (en) Method and apparatus for performing bistatic radar functions
Li et al. Fast adaptive pulse compression based on matched filter outputs
GB2563369A (en) Radar device
WO2020218925A1 (en) Processing of radar signals for fmcw radar
JP2019105601A (en) Rader system and radar signal processing method for the same
JP5460290B2 (en) Radar equipment
Kulpa et al. CLEAN removal of ground clutter in mobile passive radar
RU2624005C1 (en) Method of processing super-wide-band signals
Kulpa et al. Pseudonoise waveform design for spectrum sharing systems
RU2740782C1 (en) Method of radar surveying of earth and near-earth space by radar with synthesized antenna aperture in band with ambiguous range with selection of moving targets on background of reflections from underlying surface and radar with synthesized antenna aperture for implementation thereof
WO2014184760A1 (en) Coherent radar
RU2596229C1 (en) Method for increasing range resolution of radar station
Pardhu et al. Design of matched filter for radar applications
CN113189549A (en) Satellite-borne SAR anti-interference method based on frequency modulation rate time-varying complex waveform
Ahmed et al. Enhanced azimuth resolution for spaceborne interrupted FMCW sar through spectral analysis
JP4143007B2 (en) Radar equipment
Madhupriya et al. Implementation of compressed wave pulsed radar altimeter in signal processing
Ahmad et al. Conventional and emerging waveforms for detection and imaging of targets behind walls
Liu et al. Eliminating ghost images in high-range resolution profiles for stepped-frequency train of linear frequency modulation pulses
JP2007225319A (en) Pulse radar system
NL2022643B1 (en) Phase coded frequency modulated continuous wave radar system