RU2657462C1 - Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией чм доплеровских сигналов - Google Patents

Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией чм доплеровских сигналов Download PDF

Info

Publication number
RU2657462C1
RU2657462C1 RU2017122902A RU2017122902A RU2657462C1 RU 2657462 C1 RU2657462 C1 RU 2657462C1 RU 2017122902 A RU2017122902 A RU 2017122902A RU 2017122902 A RU2017122902 A RU 2017122902A RU 2657462 C1 RU2657462 C1 RU 2657462C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
signals
shaper
input
output
Prior art date
Application number
RU2017122902A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Ильич Маркович
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет"
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет"
Priority to RU2017122902A priority Critical patent/RU2657462C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2657462C1 publication Critical patent/RU2657462C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S13/00—Systems 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/53—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on a single spectral line and associated with one or more range gates with a phase detector or a frequency mixer to extract the Doppler information, e.g. pulse Doppler radar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S13/00—Systems 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/36—Means for anti-jamming, e.g. ECCM, i.e. electronic counter-counter measures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в импульсно-доплеровских (ИД) радиолокационных станциях (РЛС), работающих с высокой частотой повторения импульсов. Достигаемый технический результат – увеличение отношения сигнал-шум и повышение разрешения по скорости высокоманевренных целей, движущихся с переменной радиальной скоростью. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит цифровой формирователь квадратурных составляющих, согласованный фильтр, формирователь дальностно-временного портрета, формирователь сигнала автофокусировки, вычислитель амплитудного спектра, вычислитель центра симметрии амплитудного спектра, формирователь матрицы опорного сигнала, поэлементный умножитель матриц, формирователь дальностно-частотного портрета и вычислитель модуля. Перечисленные составные части заявляемого устройства определенным образом соединены между собой. 10 ил.

Description

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в импульсно-доплеровских (ИД) радиолокационных станциях (РЛС), работающих с высокой частотой повторения (ВЧП) импульсов. Достигаемым техническим результатом для РЛС, решающих задачу разрешения высокоманевренных целей, движущихся с переменной радиальной скоростью, является увеличение отношения сигнал-шум (ОСШ) и повышение разрешающей способности по скорости.
Указанный результат достигается тем, что после внутрипериодной согласованной обработки принятых сигналов и формирования дальностно-временных портретов целей выполняется компенсация паразитной ЧМ доплеровских сигналов, обусловленной движением высокоманевренных целей с переменной радиальной скоростью.
В современных ИД РЛС в качестве зондирующих сигналов используются когерентные последовательности импульсов. Важнейшей операцией при обработке принятых сигналов является выделение из их спектра доплеровских частотных составляющих. За счет когерентного накопления энергии отраженных сигналов в узкополосных доплеровских фильтрах достигается большая дальность обнаружения движущихся целей. Высокая частота повторения импульсов позволяет однозначно обнаруживать движущиеся цели с одновременным разрешением их по дальности и скорости в области доплеровских частот [1].
Известно устройство обработки сигналов в ИД РЛС, выполняющее операции согласования опорного сигнала с сигналом, отраженным от цели, в два этапа: на первом этапе выполняется согласование во временной области путем стробирования видеоимпульсами сигналов по дальности, а на втором - согласование по доплеровским частотам путем введения набора узкополосных доплеровских фильтров, выполняющих роль интеграторов, с выходов которых сигналы поступают через амплитудный детектор, пороговое устройство и оперативное запоминающее устройство на процессор обработки сигналов и далее на процессор обработки данных [1, стр. 322-324].
Известна ИД РЛС, приемный тракт которой выполнен по традиционной схеме супергетеродинных приемников, выходные сигналы которого в цифровом виде поступают в процессор РЛС, осуществляющий обнаружение целей и измерение их координат [2, стр. 235-248]. В каждом канале дальности с помощью цифрового фильтра выполняется частотная селекция области, свободной от мешающих отражений, и доплеровская фильтрация принимаемых сигналов с помощью эффективного алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ). После операции БПФ осуществляется формирование модуля выходного сигнала фильтров доплеровской селекции, который поступает на пороговую схему для сравнения с порогом обнаружения. Далее производится оценка доплеровского смещения частоты и дальности до цели.
Недостатком этих систем и устройств является снижение потенциально достижимого ОСШ и ухудшение разрешения по скорости высокоманевренных целей, движущихся с переменной радиальной скоростью.
Наиболее близким по технической сущности аналогом заявляемого изобретения, принятым за прототип, является устройство, реализующее метод цифровой обработки сигналов (ЦОС) в ИД РЛС, структурная схема которого представлена в [3].
В указанном методе с помощью цифрового формирования квадратурных составляющих осуществляют вычисление комплексной огибающей сигналов, поступающих с выхода усилителя промежуточной частоты, выполняют ее согласованную фильтрацию, формируют дальностно-временной портрет (ДВП) и дальностно-частотный портрет (ДЧП) целей, выполняют вычисление модуля спектров сигналов и его пороговую обработку.
Под ДВП радиолокационной цели понимается двумерная матрица, сформированная из дискретных отсчетов эхосигналов, соответствующих разным каналам дальности, путем многократного зондирования пространства. Сигнал каждого столбца ДВП представляет собой отсчеты эхосигнала, полученные в одном периоде зондирования и соответствующие последовательно во времени всем каналам дальности. Сигнал каждой строки в ДВП (доплеровский сигнал) представляет собой отсчеты эхосигнала, соответствующие одному каналу дальности во всех периодах излучения зондирующего сигнала.
Под ДЧП радиолокационной цели понимается двумерная матрица, сформированная из дискретных отсчетов, представляющих собой одномерное дискретное преобразование Фурье (ДПФ) отсчетов доплеровских сигналов каждой строки ДВП, полученных с помощью алгоритма БПФ.
Недостатки прототипа, так же как и аналогов, заключаются в том, что при обработке эхосигналов от движущихся с переменными радиальными скоростями высокоманевренных целей происходит снижение потенциально достижимого ОСШ и разрешения по скорости целей.
Причина возникающих недостатков заключается в следующем.
За время накопления, необходимое для многократного зондирования высокоманевренной цели с ВЧП и приема эхосигналов, в доплеровском сигнале, отсчеты которого в разных периодах повторения соответствуют одному и тому же элементу дальности, в ДВП появляется паразитная ЧМ, обусловленная действием эффекта Доплера с переменным коэффициентом преобразования временного масштаба [4]. Это приводит к расширению спектра доплеровского сигнала в ДЧП и не позволяет в ДЧП когерентно накопить доплеровский сигнал на одной частоте. Появляется сигнал на выходе многих соседних доплеровских фильтров (фильтров БПФ), амплитуда которых меньше потенциально достижимого значения на выходе одного фильтра. В результате снижается ОСШ на выходе ДЧП, а изображение цели на ДЧП оказывается «размазанным» по каналам скорости, что существенно снижает возможности разрешения целей по скорости.
Следует отметить, что в описании метода ЦОС в прототипе указывается на способ компенсации паразитной ЧМ в доплеровских сигналах путем демодуляции сигналов с помощью корреляционно-фильтрового алгоритма при условии наличия одной высокоманевренной цели.
Однако это не подтверждено описанием технического решения, позволяющего реализовать указанный метод (способ) компенсации паразитной ЧМ в доплеровских сигналах с помощью дополнительных устройств, работающих во взаимодействии с известными устройствами обработки сигналов в ИД РЛС, нет аналитических выражений, необходимых для вычисления требуемых соотношений, не рассмотрен случай одновременного присутствия нескольких целей, приводящий к необходимости дополнительной обработки сигналов и появлению новых устройств (новых существенных признаков), т.е. исключается возможность реализации устройства цифровой обработки сигналов в ИД РЛС с компенсацией ЧМ доплеровских сигналов.
Таким образом, в описании прототипа нет необходимой информации для практической реализации метода компенсации паразитной ЧМ в доплеровских сигналах ИД РЛС и получения технического результата заявляемого изобретения - повышения ОСШ и улучшения разрешения по скорости высокоманевренных целей, движущихся с переменной радиальной скоростью.
Предлагаемое изобретение направлено на преодоление указанных недостатков прототипа и аналогов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение ОСШ и улучшение разрешения по скорости высокоманевренных целей, движущихся с переменной радиальной скоростью.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные цифровой формирователь квадратурных составляющих (ЦФКС), вход которого является первым входом устройства, согласованный фильтр (СФ) и формирователь ДВП и последовательно подключенные формирователь ДЧП и вычислитель модуля (ВМ), выход которого является выходом устройства, введены последовательно соединенные формирователь сигнала автофокусировки, вычислитель амплитудного спектра, вычислитель центра симметрии амплитудного спектра, формирователь матрицы опорного сигнала и поэлементный умножитель матриц; причем первый выход формирователя ДВП связан со входом формирователя сигнала автофокусировки, а выход формирователя матрицы опорного сигнала подключен к первому входу поэлементного умножителя матриц, выход которого соединен со входом формирователя ДЧП, а второй вход связан со вторым выходом формирователя ДВП, второй вход которого является вторым входом устройства.
Благодаря введению в известное устройство совокупности существенных отличительных признаков, предлагаемое устройство обеспечивает технический результат изобретения - повышение ОСШ и улучшение разрешения по скорости высокоманевренных целей, движущихся с переменной скоростью в ИД РЛС.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется структурной схемой, приведенной на фиг. 1, где обозначено:
1 - цифровой формирователь квадратурных составляющих;
2 - согласованный фильтр;
3 - формирователь дальностно-временного портрета;
4 - формирователь сигнала автофокусировки;
5 - вычислитель амплитудного спектра;
6 - вычислитель центра симметрии амплитудного спектра;
7 - формирователь матрицы опорного сигнала;
8 - поэлементный умножитель матриц;
9 - формирователь дальностно-частотного портрета;
10 - вычислитель модуля.
Первым входом устройства является вход ЦФКС 1, выход которого соединен со входом СФ 2, выход которого подключен ко входу формирователя ДВП 3, первый выход которого связан со входом формирователя сигнала автофокусировки 4, выход которого соединен со входом вычислителя амплитудного спектра 5, выход которого подключен ко входу вычислителя центра симметрии амплитудного спектра 6, выход которого связан со входом формирователя матрицы опорного сигнала 7, выход которого соединен с первым входом поэлементного умножителя матриц 8, выход которого подключен ко входу формирователя дальностно-частотного портрета 9, выход которого связан со входом вычислителя модуля 10, выход которого является выходом устройства, а второй вход устройства соединен со вторым входом формирователя ДВП 3, второй выход которого подключен ко второму входу поэлементного умножителя 8.
Устройство ЦОС ИД РЛС с компенсацией паразитной ЧМ доплеровских сигналов работает следующим образом.
На первый (сигнальный) вход устройства с выхода приемника РЛС поступает аналоговый сигнал промежуточной частоты. Сигнал подается на вход ЦФКС 1, в котором цифровым способом формируются отсчеты квадратурных составляющих (сигнал преобразуется в цифровую форму, умножается на экспоненту, фильтруется в цифровых фильтрах нижних частот с последующей децимацией выходных отсчетов) [5].
Отсчеты комплексной огибающей (КО) сигнала поступают на вход СФ 2, в котором выполняется согласованная фильтрация эхосигналов во временной области с помощью нерекурсивного цифрового фильтра или в частотной области с использованием метода «быстрой» свертки [5].
Далее отсчеты эхосигнала каждого периода зондирования с выхода СФ 2 поступают в формирователь ДВП 3. Отсчеты записываются в соответствующий данному периоду зондирования столбец двумерной матрицы ДВП. За период накопления пачки эхосигналов в формирователе 3 формируется ДВП цели.
Одновременно с началом работы режима разрешения целей (после обнаружения и оценки параметров цели) на второй (информационный) вход устройства поступает целеуказание по дальности о движущейся высокоманевренной цели (iD - номер строки в двумерной матрице ДВП, соответствующий дальности до цели).
После завершения формирования двумерной матрицы ДВП из формирователя 3 считываются NE строк (NE - количество отсчетов, соответствующих длительности отклика СФ), симметрично расположенных относительно целеуказания по дальности, в формирователь сигнала автофокусировки 4, в котором формируются NE сигналов автофокусировки (для каждого канала дальности) путем формирования сдвинутых во времени и комплексно-сопряженных доплеровских сигналов, перемножения их, инвертирования знака у мнимой составляющей каждого полученного комплексного отсчета (для упрощения реализации устройства) и добавления нулей в конце каждого сигнала автофокусировки (для увеличения точности представления спектра в следующей процедуре обработки).
С выхода формирователя 4 сигналы автофокусировки (АФ) поступают в вычислитель амплитудного спектра 5, в котором рассчитывается их ДПФ с помощью алгоритма БПФ и его модуль. Затем вычисляется усредненный амплитудный спектр из входных NE амплитудных спектров сигналов АФ (некогерентное накопление спектров для повышения ОСШ) и из результирующего сигнала исключается математическое ожидание.
С выхода вычислителя 5 усредненный центрированный амплитудный спектр сигнала АФ поступает в вычислитель центра симметрии амплитудного спектра 6, в котором методом «быстрой» свертки вычисляется автосвертка усредненного центрированного амплитудного спектра и определяется координата, соответствующая максимуму вычисленной функции [5].
Полученное в 6 значение координаты используется в формирователе матрицы опорного сигнала 7 для вычисления индекса ЧМ доплеровского сигнала и формирования опорного сигнала, необходимого для компенсации во входном сигнале паразитной ЧМ. Далее в 7 формируется матрица опорного сигнала, у которой каждая строка равна отчетам найденного опорного сигнала, а число строк равно числу элементов дальности в периоде зондирования, т.е. размер сформированной матрицы опорного сигнала полностью совпадает с размером исходной двумерной матрицы ДВП.
В поэлементном умножителе матриц 8 выполняется перемножение матриц, поступающих из формирователя ДВП 3 и формирователя матрицы опорного сигнала 7, результатом которого является двумерная матрица, каждый элемент которой представляет собой произведение соответствующих элементов матриц. На выходе умножителя 8 формируются доплеровские сигналы со скомпенсированной паразитной ЧМ, обусловленной ускоренным движением целей.
Далее отсчеты сигналов поступают в формирователь ДЧП 9, в котором вычисляются отсчеты ДПФ демодулированных доплеровских сигналов, соответствующих каждому элементу дальности. Полученные отсчеты ДЧП поступают в вычислитель 10.
В вычислителе модулей 10 определяются модули комплексных отсчетов спектров доплеровских сигналов, которые поступают на выход устройства и могут использоваться для подтверждения обнаружения, уточнения скорости объектов и разрешения целей.
Для подтверждения правильности функционирования изобретения и возможности получения технического результата рассмотрим преобразование сигналов в устройстве ЦОС ИД РЛС с компенсацией ЧМ доплеровских сигналов, предназначенном для обработки сигналов, отраженных от высокоманевренных целей, движущихся с переменной радиальной скоростью.
Для этого используем общепринятые обозначения для радиоимпульса с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ):
Figure 00000001
где U0 - амплитуда сигнала;
ω0=2πƒ0 - центральная частота ЛЧМ сигнала;
Figure 00000002
- индекс модуляции;
Δωd - девиация частоты;
Тс - длительность сигнала;
ϕ0 - начальная фаза (далее положим равной нулю);
ω(t)=ω0+μt - мгновенная частота ЛЧМ сигнала);
Figure 00000003
- время существования радиоимпульса.
На фиг. 2 изображен закон изменения частоты действительного ЛЧМ сигнала.
Тогда выражение для КО аналогового доплеровского сигнала, соответствующего заданной дальности и сформированного из эхосигналов групповой цели (ГЦ), состоящей из двух одиночных целей (ОЦ), находящихся на одной дальности и движущихся с близкими скоростями и одинаковым ускорением, можно представить в виде:
Figure 00000004
Figure 00000005
а закон изменения мгновенных частот в интервале 0≤t≤Тс (фиг. 3):
Figure 00000006
На фиг. 3 показан график изменения мгновенных частот КО двух ЛЧМ сигналов одинаковой длительности τи и девиации частоты Δω, но с разными центральными частотами ω01 и ω02.
Пусть на вход устройства ЦОС в ЦФКС 1 с усилителя промежуточной частоты приемника ИД РЛС поступают эхосигналы от ГЦ, состоящей из двух близкорасположенных одинаковых ОЦ (разрешения по дальности нет из-за недостаточной ширины спектра зондирующего сигнала), движущихся с равным ускорением (ОЦ в группе совершают один маневр) и близкими средними скоростями (разрешения по скорости нет из-за расширения спектра доплеровского сигнала, обусловленного неравномерным движением):
ω01 ≠ ω02; μ=μ1=μ2; U01=U02=1.
После обработки сигналов в ЦФКС 1, СФ 2 и формирователе ДВП 3 из матрицы (размером Nкд каналов дальности на Nкс каналов скорости) в формирователь сигнала АФ 4 поступают NE строк дискретных сигналов
Figure 00000007
, состоящих из отсчетов КО доплеровских сигналов, в котором формируются NE дискретных сигналов АФ по одинаковому правилу для всех каналов дальности:
Figure 00000008
где Тп=1/Fп - период и частота повторения зондирующих сигналов;
Figure 00000009
- сдвинутый во времени на Nсдв<<Nкс отсчетов сигнал относительно
Figure 00000010
;
Figure 00000011
- комплексно-сопряженный сигнал
Figure 00000012
.
Представим сигналы
Figure 00000013
и
Figure 00000014
как радиоимпульсы с ЛЧМ:
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
Для удобства дальнейших преобразований представим сигналы
Figure 00000019
и
Figure 00000020
в виде:
Figure 00000021
Figure 00000022
Тогда сигнал АФ можно представить в виде:
Figure 00000023
суммы четырех комплексных сигналов
Figure 00000024
Первый комплексный сигнал:
Figure 00000025
представляет собой отрезок комплексной гармоники с постоянной частотой:
Figure 00000026
Второй комплексный сигнал:
Figure 00000027
представляет собой отрезок комплексной гармоники с постоянной частотой:
Figure 00000028
Третий комплексный сигнал:
Figure 00000029
представляет собой отрезок комплексной гармоники с постоянной частотой:
Figure 00000030
Четвертый комплексный сигнал:
Figure 00000031
представляет собой отрезок комплексной гармоники с постоянной частотой:
Figure 00000032
Figure 00000033
Из полученных выражений следует, что сигнал АФ
Figure 00000034
состоит из трех отрезков комплексных гармоник одинаковой длительности (Nкс - Nсдв ≈ Nкс): одна представляет собой сумму двух гармоник с одинаковой частотой - μNсдвTп, но с разными начальными фазами:
Figure 00000035
Figure 00000036
,
и две дополнительные гармоники, симметрично расположенные на оси частот относительно указанной, с частотами:
(ω01-ω02)+μNсдвТп и (ω02-ω01)+μNсдвTп.
В зависимости от начальных фаз амплитуда суммы двух гармоник одинаковой частоты может увеличиться в два раза или полностью компенсироваться.
В общем случае при наличии нескольких целей (от двух и более) спектр сигнала АФ становится симметричным относительно спектральной составляющей с частотой μNсдвTп (не обязательно максимальной), используемой для оценки параметра μ. Количество спектральных составляющих в спектре сигнала автофокусировки равно 2Nцелей-1.
Для формирования опорного сигнала, необходимого для компенсации паразитной ЧМ, необходимо найти индекс модуляции μ, который однозначно связан с полученной частотой центра симметрии спектра сигнала АФ.
Определим указанную связь в доплеровских сигналах на примере дискретных выходных сигналов ДВП длиной Nкс отсчетов. Полагаем, что при малом искусственном сдвиге сигнала на величину Nсдв<<Nкс все гармоники сигнала АФ близко расположены относительно центра симметрии спектра, т.е. сигнал узкополосный.
Частота центра симметрии спектра сигнала АФ, совпадающая с центральной спектральной составляющей (не обязательно максимальной), равна:
2πƒцс=μNсдвTп.
После вычисления БПФ размером Nкс имеем в спектре центральную составляющую kцс (центр симметрии спектра), связанную с μ следующим образом:
Figure 00000037
Figure 00000038
.
Для получения частоты сигнала АФ всегда с одинаковым (положительным) знаком в формирователе 4 выполним предварительно перед процедурой БПФ инвертирование знака каждого нечетного отсчета сигнала АФ
Figure 00000039
.
При использовании сигналов АФ без инвертирования в ситуациях, дающих расстройку при ±Δƒ, спектральные составляющие будут в районе нулевой частоты, что представляет дополнительные сложности при программировании со знаком частотных составляющих. Поэтому применяется инвертирование нечетных отсчетов или сдвиг по частоте на половину частоты дискретизации.
После выполнения БПФ номер центральной спектральной составляющей будет находится в диапазоне от 0 до NБПФ-1:
Figure 00000040
На фиг. 4 изображены амплитудные спектры сигналов автофокусировки до инвертирования знака каждого нечетного отсчета и после него (качественно в предположении, что все гармоники равны по амплитуде).
Тогда выражения для ƒцс и μ можно представить в виде:
Figure 00000041
,
Figure 00000042
.
Однако в спектре сигнала АФ, содержащем несколько спектральных составляющих разного уровня, сложно найти центральную спектральную составляющую ƒцс, которая не обязательно является максимальной. Для этого в вычислителе центра симметрии амплитудного спектра 6 используется процедура - автосвертки (вычисление автосвертки амплитудного спектра инвертированного сигнала АФ), позволяющая найти центр симметричного спектра.
Для устранения «треугольной составляющей» в сигнале автосвертки, обусловленной наличием постоянной составляющей (от огибающей помех) в модуле амплитудного спектра, в вычислителе 5 предварительно применяется процедура центрирования сигналов амплитудного спектра. Это повысит точность определения максимума сигнала автосвертки при наличии помех.
На фиг. 5 изображены сигналы автосвертки амплитудных спектров неивертированного и инвертированного сигналов АФ. После вычисления автосверток центральные спектральные составляющие (центры симметрии спектров) стали максимальными, независимо от их исходных значений и их стало возможно определить с помощью процедуры определения максимума.
После вычисления линейной автосвертки номер максимального отсчета автосвертки амплитудного спектра инвертированного сигнала АФ будет равен:
Figure 00000043
.
Откуда
Figure 00000044
и экспериментально найденный индекс ЧМ доплеровского сигнала
Figure 00000045
.
В формирователе матрицы опорного сигнала 7 для каждого канала дальности NE ДВП 3 формируется единый опорный сигнал:
Figure 00000046
В поэлементном умножителе матриц 8 выполняется перемножение отсчетов каждой из NE строк ДВП 3
Figure 00000047
на отсчеты опорного сигнала
Figure 00000048
.
При условии равенства μ*=μ происходит демодуляция ЧМ сигналов каждого канала дальности ДВП 3 и в формирователь ДЧП 9 поступают из поэлементного умножителя матриц 8 реализации сигналов из двух комплексных гармоник:
Figure 00000049
N=0,1, …, Nкс-1.
В формирователе 9 в каждой строке с помощью процедуры БПФ вычисляется спектр поступающей информации. В вычислителе модуля 10 происходит расчет амплитудного спектра сигнала каждой строки матрицы формирователя ДЧП 9.
Компенсация паразитной ЧМ приводит к сжатию спектра по оси скоростей и соответствующему увеличению его максимального значения и ОСШ.
Повышение ОСШ, вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги важно для подтверждения обнаружения и надежного сопровождения цели.
Повышение разрешающей способности по скорости, обусловленное сжатием спектра, также является важным результатом и при переходе в режим разрешения позволяет разрешить по скорости движущиеся ускоренно с близкими скоростями цели.
Таким образом, предлагаемое устройство ЦОС для групповой цели позволяет при переходе из режима обнаружения в режимы сопровождения и разрешения групповой цели повысить ОСШ (вероятность правильного обнаружения для подтверждения обнаружения при сопровождении) и разрешающую способность РЛС по скорости (осуществить разрешение по скорости групповых целей).
Проиллюстрируем на типовых примерах обработки сигналов в ИД РЛС явление возникновения паразитной ЧМ в выходных сигналах ДЧП целей, обусловленное их ускоренным движением, и эффективность ее компенсации с помощью предлагаемого изобретения.
Из открытых источников информации следует, что максимальная скорость современных истребителей достигает 2700 км/ч (750 м/с), а ускорение (7÷8)g. Для моделирования обработки сигналов в ИД РЛС, отраженных от ускоренно движущихся целей, зададимся радиальной скоростью сближения носителя и цели, равной Vr=96,58 м/с, и ускорением цели, равным а=6g=58,8 м/с2. С учетом максимально возможного доплеровского сдвига частоты, обусловленного скоростью сближения носителя и цели, выберем частоту повторения зондирующих импульсов равной Fп=150кГц, а частоту дискретизации принятых сигналов равной Fд=15 МГц, что соответствует дистанции по дальности 10 м. Размер БПФ, равный количеству импульсов в пачке, положим равным NБПФ=16384, а амплитуду импульсов на выходе СФ - равной 1.
Для оценки эффективности предложенного устройства проведем имитационное моделирование в среде Matlab алгоритмов обработки сигналов, отраженных от одиночной цели, ускоренно движущейся, без шума и двух ускоренно движущихся целей, имеющих близкие скорости, при наличии шума. Результаты моделирования представлены портретами целей до обработки и после нее.
На фиг. 6а изображен модуль ДВП ускоренно движущейся одиночной цели до компенсации паразитной ЧМ. На фиг. 6б и 6в показаны его сечения по дальности и по количеству зондирований соответственно.
Как видно из чертежа, в ДВП из-за малой радиальной скорости максимумы огибающих сигналов треугольной формы на выходе СФ в каждом периоде повторения принятых эхосигналов находятся практически в двух соседних каналах дальности (фиг. 6а). Миграция цели по дальности за время накопления при заданной скорости и изменение максимального значения отклика СФ минимальны.
На фиг. 7а изображен модуль ДЧП ускоренно движущейся цели, а на фиг. 7б и фиг. 7в - его сечения по дальности и по скорости соответственно.
Из чертежа видно, что из-за большого ускорения цель в модуле ДЧП «размазывается» по каналам скорости на Nск ≈ 80 отсчетов (фиг. 7а). Девиация частоты сформировавшегося ЛЧМ сигнала равна
Figure 00000050
База ЛЧМ сигнала равна
Figure 00000051
В результате не происходит когерентного накопления энергии сигналов в ДЧП на одной частоте. Миграция цели по дальности приводит к некоторому искажению спектра ЛЧМ сигнала.
На фиг. 8а представлен модуль ДЧП ускоренно движущейся цели после компенсации ЧМ, а на фиг. 8б и фиг. 8в - его сечения по дальности и по скорости соответственно.
Из чертежа видно, что несмотря на искажения спектра ЛЧМ сигнала произошло его сжатие до величины, равной ширине фильтра БПФ
Figure 00000052
примерно в базу ЛЧМ сигнала раз m ≈ 80. Это привело к увеличению амплитуды спектра демодулированного сигнала в примерно в 8,9 раз (на 17,6 дБ) относительно средних значений амплитудного спектра ЛЧМ сигнала, что соответствует величине
Figure 00000053
Теперь оценим эффективность алгоритма компенсации паразитной ЧМ при решении задачи разрешения двух целей, расположенных на одинаковом расстоянии и движущихся с близкими радиальными скоростями V1r=100,7 м/с и V2r=101,11 м/с и равными ускорениями а1=а2=58,8 м/с2. Прием эхосигналов от данных целей осуществляется на фоне помех типа «белый шум» с ОСШ в модуле ДЧП, равным 20 дБ.
Результаты моделирования приведены на фиг. 9а (модуль ДЧП двух целей), на фиг. 9б (сечение модуля ДЧП по дальности) и на фиг. 9в (сечение модуля ДЧП по скорости).
Из анализа ДЧП и его сечений видно, что портреты целей полностью накладываются друг на друга и разрешить цели невозможно.
На фиг. 10а изображен модуль ДЧП двух целей после компенсации ЧМ, а на фиг. 10б и фиг. 10в - его сечения по дальности и по скорости соответственно.
В результате применения алгоритмов компенсации ЧМ разрешение ИД РЛС в модуле ДЧП и в его сечении по скорости (фиг. 10а и 10в) увеличилось в базу m раз и надежное разрешение двух целей стало возможным.
Уровень шума при этом не увеличился, что позволяет фиксировать увеличение ОСШ в ИД РЛС на величину
Figure 00000054
равную величине увеличения амплитуды спектра демодулированного ЧМ сигнала.
Результаты проведенных экспериментальных исследований разработанного устройства компенсации паразитной ЧМ показали его работоспособность и высокую эффективность применения в ИД РЛС, предназначенных для работы с близкорасположенными целями, движущимися с переменной скоростью.
Подтверждена правильность функционирования разработанного устройства и высокая эффективность его использования при обработке эхосигналов от воздушных ускоренно движущихся целей, заключающаяся в увеличении ОСШ и повышении разрешения по скорости практически до потенциально возможных значений.
Источники информации
1. Канащенков А.И., Меркулов В.И., Герасимов А.А. и др. Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т. 1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. - М.: Радиотехника, 2006. - 655 с.
2. Дудник П.И., Ильчук А.Р., Татарский Б.Г. Многофункциональные радиолокационные системы. Уч. пособие для вузов / Под ред. Б.Г. Татарского. - М.: Дрофа, 2007. - 283 с.
3. Маркович И.И., Завтур Е.Е. Методы цифровой обработки сигналов, отраженных от высокоманевренных воздушных целей // Вестник воздушно-космической обороны. - Научно-технический журнал ПАО «НПО «Алмаз» им. акад. А.А. Расплетина». - 2016. - Вып. 3(11). - С. 17-23.
4. Маркович И.И. Функция неопределенности сигналов при квазиоптимальной обработке в линейном фильтре с переменными параметрами // Радиотехника. - 1989. - №6. - С. 55-56.
5. Маркович И.И. Цифровая обработка сигналов в системах и устройствах: монография. - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2012. - 236 с.

Claims (1)

  1. Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской РЛС с компенсацией ЧМ доплеровских сигналов, содержащее последовательно соединенные цифровой формирователь квадратурных составляющих, вход которого является первым входом устройства, согласованный фильтр и формирователь дальностно-временного портрета (ДВП) и последовательно подключенные формирователь дальностно-частотного портрета (ДЧП) и вычислитель модуля, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные формирователь сигнала автофокусировки, вычислитель амплитудного спектра, вычислитель центра симметрии амплитудного спектра, формирователь матрицы опорного сигнала и поэлементный умножитель матриц; причем первый выход формирователя ДВП связан со входом формирователя сигнала автофокусировки, а выход формирователя матрицы опорного сигнала подключен к первому входу поэлементного умножителя матриц, выход которого соединен со входом формирователя ДЧП, а второй вход связан со вторым выходом формирователя ДВП, второй вход которого является вторым входом устройства.
RU2017122902A 2017-06-28 2017-06-28 Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией чм доплеровских сигналов RU2657462C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017122902A RU2657462C1 (ru) 2017-06-28 2017-06-28 Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией чм доплеровских сигналов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017122902A RU2657462C1 (ru) 2017-06-28 2017-06-28 Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией чм доплеровских сигналов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2657462C1 true RU2657462C1 (ru) 2018-06-14

Family

ID=62619965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017122902A RU2657462C1 (ru) 2017-06-28 2017-06-28 Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией чм доплеровских сигналов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2657462C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713501C1 (ru) * 2018-11-16 2020-02-05 Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
CN112684418A (zh) * 2020-12-22 2021-04-20 苏州度风科技有限公司 一种脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法
RU2782249C1 (ru) * 2021-12-28 2022-10-25 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией миграции целей по дальности за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2109306C1 (ru) * 1997-03-27 1998-04-20 Санкт-Петербургское высшее училище радиоэлектроники противовоздушной обороны Импульсно-доплеровская радиолокационная станция
US6184820B1 (en) * 1984-11-29 2001-02-06 Lockheed Martin Corp. Coherent pulse radar system
US6295017B1 (en) * 1988-06-27 2001-09-25 Raytheon Company Jammer detection and tracking system
RU2231085C2 (ru) * 1990-02-13 2004-06-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Устройство для компенсации доплеровской частоты
WO2005066649A2 (en) * 2003-12-29 2005-07-21 Raytheon Canada Limited Radar receiver motion compensation system and method
RU2316788C1 (ru) * 2006-08-09 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Способ обнаружения групповой цели импульсно-доплеровской радиолокационной станцией
RU2374661C1 (ru) * 2008-06-05 2009-11-27 Александр Сергеевич Буров Когерентный автокомпенсатор помех для многоканальных импульсно-доплеровских бортовых радиолокационных станций
RU2467350C2 (ru) * 2009-06-15 2012-11-20 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" Способ и устройство обнаружения сигналов при наличии переменного доплеровского эффекта

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6184820B1 (en) * 1984-11-29 2001-02-06 Lockheed Martin Corp. Coherent pulse radar system
US6295017B1 (en) * 1988-06-27 2001-09-25 Raytheon Company Jammer detection and tracking system
RU2231085C2 (ru) * 1990-02-13 2004-06-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Устройство для компенсации доплеровской частоты
RU2109306C1 (ru) * 1997-03-27 1998-04-20 Санкт-Петербургское высшее училище радиоэлектроники противовоздушной обороны Импульсно-доплеровская радиолокационная станция
WO2005066649A2 (en) * 2003-12-29 2005-07-21 Raytheon Canada Limited Radar receiver motion compensation system and method
RU2316788C1 (ru) * 2006-08-09 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Способ обнаружения групповой цели импульсно-доплеровской радиолокационной станцией
RU2374661C1 (ru) * 2008-06-05 2009-11-27 Александр Сергеевич Буров Когерентный автокомпенсатор помех для многоканальных импульсно-доплеровских бортовых радиолокационных станций
RU2467350C2 (ru) * 2009-06-15 2012-11-20 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" Способ и устройство обнаружения сигналов при наличии переменного доплеровского эффекта

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713501C1 (ru) * 2018-11-16 2020-02-05 Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
CN112684418A (zh) * 2020-12-22 2021-04-20 苏州度风科技有限公司 一种脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法
CN112684418B (zh) * 2020-12-22 2024-04-16 苏州度风科技有限公司 一种脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法
RU2782249C1 (ru) * 2021-12-28 2022-10-25 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией миграции целей по дальности за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов
RU2782574C1 (ru) * 2021-12-28 2022-10-31 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией чм доплеровских сигналов за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов
RU2800494C1 (ru) * 2022-12-14 2023-07-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией миграций целей по дальности и чм доплеровских сигналов за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109061589B (zh) 随机跳频雷达的目标运动参数估计方法
CN101320086B (zh) 一种多普勒测速激光雷达的回波信号处理装置和方法
US7342651B1 (en) Time modulated doublet coherent laser radar
CN113759321B (zh) 基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法
US4916452A (en) Process for range measurement with a pulse radar of high pulse repetition frequency
US6184820B1 (en) Coherent pulse radar system
CN107153189B (zh) 线性调频连续波雷达测距的信号处理方法
Gallagher et al. Moving target indication with non-linear radar
CN113238246A (zh) 基于脉冲序列的距离速度同时测量方法及装置及存储介质
US3480953A (en) Moving target indicator having staggered pulse repetition frequency
RU2657462C1 (ru) Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией чм доплеровских сигналов
CN112014833B (zh) 一种高速目标时频域探测方法
US3302161A (en) Multiple-frequency ranging system
CN102508212A (zh) 一种线性调频信号多通道扩展脉压技术
RU2673679C1 (ru) Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией миграции целей по дальности
CN109061626A (zh) 一种步进频相参处理检测低信杂比动目标的方法
US10386471B1 (en) Velocity estimation with linear frequency modulated (LFM) waveforms
Albanese et al. Pseudorandom code waveform design for CW radar
RU2782574C1 (ru) Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией чм доплеровских сигналов за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов
Frazer et al. Wigner-Ville analysis of HF radar measurement of an accelerating target
RU2756291C1 (ru) Способ обеспечения высокой разрешающей способности радиолокатора по дальности за счет выбора оптимального параметра регуляризации инверсного фильтра
RU2800494C1 (ru) Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией миграций целей по дальности и чм доплеровских сигналов за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов
RU2713380C1 (ru) Способ цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с высокой частотой повторения и устройство для его осуществления
RU2782249C1 (ru) Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской рлс с компенсацией миграции целей по дальности за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов
Sahr et al. Removal of aliasing in pulse-to-pulse Doppler radar measurements