RU2695077C1 - Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations - Google Patents
Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2695077C1 RU2695077C1 RU2019102649A RU2019102649A RU2695077C1 RU 2695077 C1 RU2695077 C1 RU 2695077C1 RU 2019102649 A RU2019102649 A RU 2019102649A RU 2019102649 A RU2019102649 A RU 2019102649A RU 2695077 C1 RU2695077 C1 RU 2695077C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- output
- outputs
- radio signals
- orthogonal
- Prior art date
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
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- 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
-
- 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
- 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
- G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous 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
- G01S7/28—Details of pulse systems
- G01S7/285—Receivers
- G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
-
- 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
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для оценки характеристик рассеяния электромагнитных волн объектом, для распознавания различий в данных характеристиках между объектами, движущимися с различными скоростями, обнаружения, оценки координат и распознавания объектов. The invention relates to the field of radar and can be used to assess the characteristics of the scattering of electromagnetic waves by an object, to recognize differences in these characteristics between objects moving at different speeds, detection, estimation of coordinates and recognition of objects.
Уровень техникиThe level of technology
Известен способ измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта (ПМР), заключающийся в том, что одновременно излучают на ортогональных поляризациях одинаковые по структуре радиосигналы на разных несущих частотах, принимают соответствующие излученным ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, одинаковые по поляризации составляющие отраженных радиосигналов, принятые каждым приемным каналом, разделяют за счет использования фильтров, настроенных на частоты, соответствующие частотам излученных радиосигналов, измеряют амплитуды и фазы каждой из выделенных ортогонально поляризованных составляющих отраженных радиосигналов и получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение ПМР объекта [1, 2, 3].There is a method of measuring the polarization scattering matrix of an object (PMR), which consists in the fact that simultaneously radiating identical radio signals at different carrier frequencies at orthogonal polarizations, receive corresponding radiated orthogonally polarized components of the reflected radio signals reflected from the object, and equal polarized components of reflected radio signals the receive channel is shared through the use of filters tuned to frequencies corresponding to the frequencies emitted radio signals, measure the amplitudes and phases of each of the selected orthogonally polarized components of the reflected radio signals and get a set of measurement results that determines the measured value of the PMR object [1, 2, 3].
Здесь и далее полагается, что структура радиосигнала определяется видом и параметрами его модуляции, т. е. следует понимать, что одинаковые по структуре радиосигналы имеют одинаковые параметры заданного вида модуляции.Hereinafter, it is assumed that the structure of a radio signal is determined by the type and parameters of its modulation, that is, it should be understood that radio signals of the same structure have the same parameters of a given type of modulation.
Недостатком данного способа является методическая погрешность измерения элементов ПМР, вызванная в два раза большим диапазоном частот (для частотного разделения радиосигналов). Это объясняется тем, что ортогональные по поляризации радиосигналы излучаются на различных частотах, при этом известно [1, 2, 3], что ПМР объектов существенно зависят от частоты. Покажем это на конкретном примере.The disadvantage of this method is the methodological measurement error of the elements of the PMR, caused by twice the large frequency range (for frequency separation of radio signals). This is explained by the fact that radio signals orthogonal in polarization are emitted at different frequencies, and it is known [1, 2, 3] that the PMR of objects substantially depend on frequency. Let's show it on a concrete example.
Известно, что нормированная диаграмма обратного вторичного излучения объекта, состоящего из двух "блестящих точек", определяется формулой:It is known that the normalized diagram of the inverse secondary radiation of an object consisting of two "bright points" is determined by the formula:
, (1) , (one)
где L - расстояние между точками, θ - угол между направлением на источник излучения и нормалью к линии, соединяющей "блестящие точки".where L is the distance between the points, θ is the angle between the direction of the radiation source and the normal to the line connecting the “bright points”.
Расчеты по этой формуле показывают, что при расстоянии между "блестящими точками", равном 15 м, ошибка в измерении амплитуды отраженного радиосигнала за счет разности между частотами облучения f1=3 ГГц и f2=3,003 ГГц может достигать (в зависимости от угла θ) 100% от измеряемой величины. Аналогично можно показать, что ошибки измерения фаз элементов ПМР на разных частотах также определяются методом измерения при прочих равных условиях.Calculations using this formula show that when the distance between the “bright dots” is 15 m, the error in measuring the amplitude of the reflected radio signal due to the difference between the exposure frequencies f1 = 3 GHz and f2 = 3.003 GHz can reach (depending on the angle θ) 100 % of the measured value. Similarly, it can be shown that the measurement errors of the phases of the PMR elements at different frequencies are also determined by the method of measurement, all other conditions being equal.
Наиболее близким к предлагаемому известным техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ измерения ПМР объекта [4], заключающийся в том, что в каждом периоде зондирования излучают последовательно два сдвинутых во времени ортогональных по структуре радиосигнала на соответствующих ортогональных поляризациях на одной несущей частоте, принимают все ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, выходные радиосигналы каждого соответствующего по поляризации канала приемника подают на входы двух корреляторов, в качестве опорных напряжений, на которые подают соответствующие излученным ортогональные по структуре радиосигналы, задержанные относительно излученных на время задержки отраженных радиосигналов, измеряют параметры выходного радиосигнала каждого коррелятора, определяющие соответствующий элемент ПМР объекта, и получают совокупность результатов измерений, которая определяет ее измеренное значение. Closest to the proposed well-known technical solution, selected as a prototype, is a method for measuring the PMR object [4], which consists in the fact that in each period of sounding emit two successively shifted in time orthogonal in structure of the radio signal on the corresponding orthogonal polarizations on one carrier frequency accept all orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object, the output radio signals of each receiver channel corresponding to the polarization serves the inputs of two correlators, as reference voltages, to which radio signals corresponding to the emitted are orthogonal in structure and delayed relative to the reflected radio signals emitted by the delay time, measure the output signal of each correlator and determine the corresponding element of the PMR of the object, and get a set of measurement results that determines its measured value.
Недостатком данного способа является низкая точность измерения элементов ПМР в результате отличия отражающих характеристик объекта при последовательном его облучении, так как за интервал времени между излучением первого и второго радиосигналов ориентация и положение объекта в пространстве изменятся. Исключением являются только объекты сферической формы. При последовательном во времени способе измерения ПМР объектов несферической формы, амплитуды и фазы ортогональных по поляризации составляющих отраженных радиосигналов, соответствующие элементам одного столбца этой матрицы, будут измерены в один момент времени, а амплитуды и фазы ортогональных по поляризации составляющих отраженных радиосигналов, соответствующие элементам другого - в другой. Поскольку отражающая способность объекта изменяется за время между измерениями, то величины ошибок измерений в первом приближении будут пропорциональны интервалу времени, необходимому для осуществления измерений всех элементов ПМР, т.е. величине сдвига сигналов во времени относительно друг друга, и скорости изменения отражающей способности объекта.The disadvantage of this method is the low accuracy of measurement of the PMR elements as a result of the difference in the reflecting characteristics of the object during its sequential irradiation, since during the time interval between the radiation of the first and second radio signals, the orientation and position of the object in space will change. The only exceptions are spherical objects. With a time-consistent method of measuring the PMR of objects of non-spherical shape, the amplitudes and phases of the reflected orthogonal components of the reflected radio signals corresponding to the elements of one column of this matrix will be measured at one time, and the amplitudes and phases of the reflected or even orthogonal components of the other signals of the other - in another. Since the reflectivity of an object changes during the time between measurements, the magnitude of measurement errors in the first approximation will be proportional to the time interval required for measuring all elements of the PMR, i.e. the magnitude of the signal shift in time relative to each other, and the rate of change of the reflectivity of the object.
Известно устройство измерения ПМР объекта, включающее двухканальную по поляризации антенну, два переключателя прием-передача (ППП), два передатчика, работающих на достаточно близких частотах, два генератора высокочастотных колебаний (ГВЧК), четыре частотных фильтра (ЧФ), четыре смесителя, четыре согласованных фильтра - СФ и четыре амплитудных детектора (АД), два блока измерения разности фаз (БИФ), три сумматора и синхронизатор, причем выход синхронизатора подключен ко входам передатчиков, выходы которых через ППП подключены к соответствующим входам двухканальной по поляризации антенны, второй выход одного ППП подключен ко входам первого и третьего ЧФ, а другого ППП - ко входам второго и четвертого ЧФ, выход первого ЧФ через последовательно соединенные первый смеситель и первый СФ подключен к первому АД, выход второго ЧФ через второй смеситель и второй СФ подключен ко второму АД, выход третьего ЧФ через третий смеситель и третий СФ подключен к третьему АД, выход четвертого ЧФ через четвертый смеситель и четвертый СФ подключен к четвертому АД, выход первого ГВЧК подключен ко входам первого и второго смесителей, а выход второго ГВЧК подключен ко входам третьего и четвертого смесителей, выходы первого и второго СФ подключены к соответствующим входам первого БИФ, а выходы третьего и четвертого СФ подключены ко входам второго БИФ, выходы первого и второго АД подключены через первый сумматор, а выходы третьего и четвертого АД - через второй сумматор подключены ко входам третьего сумматора, выходы первого и второго БИФ, АД четырех приемных каналов и третьего сумматора являются выходами устройства [2, 3]. Известное устройство реализует способ одновременного измерения на разных частотах ПМР с относительной фазой.A device for measuring the PMR of an object is known, which includes a two-channel polarization antenna, two transmit-receive switches (PPP), two transmitters operating at fairly close frequencies, two high-frequency oscillators (PFC), four frequency filters (PF), four mixers, four matched filter - SF and four amplitude detectors (BP), two blocks measuring the phase difference (BIF), three adders and a synchronizer, and the output of the synchronizer is connected to the inputs of transmitters, the outputs of which through the PPT are connected to the corresponding their two-channel inputs for antenna polarization, the second output of one RFP is connected to the inputs of the first and third BSF, and the other RFP - to the inputs of the second and fourth BSF, the output of the first BSF through the first mixer connected in series and the first SF to the first BP, output of the second BS through the second mixer and the second SF are connected to the second HELL, the output of the third BS is through the third mixer and the third SF is connected to the third HELL, the output of the fourth BSF through the fourth mixer and the fourth SF is connected to the fourth HELL, the output of the first GHCHK is connected to The first and second mixers, and the output of the second GCHCHK are connected to the inputs of the third and fourth mixers, the outputs of the first and second SFs are connected to the corresponding inputs of the first BIF, and the outputs of the third and fourth SFs are connected to the inputs of the second BIF, the outputs of the first and second ADs are connected through the first the adder, and the outputs of the third and fourth HELL through the second adder are connected to the inputs of the third adder, the outputs of the first and second BIF, the HELL of the four receiving channels and the third adder are the outputs of the device [2, 3]. The known device implements the method of simultaneous measurement at different frequencies of the PMR with a relative phase.
Недостатком этого устройства является низкая точность измерения ПМР объектов, т.к. амплитуды и фазы ортогонально поляризованных компонентов отраженных от объектов радиосигналов, соответствующие элементам одного столбца ПМР, измеряют на одной частоте, а другого - на другой частоте.A disadvantage of this device is the low accuracy of measurement of PMR objects, because the amplitudes and phases of orthogonally polarized components reflected from objects of radio signals, corresponding to the elements of one PMR column, are measured at one frequency, and the other at another frequency.
В качестве прототипа выбрано устройство измерения ПМР объекта [5], включающее двухканальную по поляризации антенну, два переключателя прием-передача (ППП), коммутатор каналов (КК), передатчик, формирователь ортогональных радиосигналов (ФОС), задающий генератор (ЗГ), синхронизатор, гетеродин, два смесителя, четыре согласованных фильтра (СФ), четыре блока квадратурных фазовых детекторов (БКФД) и аналого- цифровой преобразователь, причем первый выход синхронизатора подключен к первым входам ФОС, передатчика и КК, к второму входу передатчика подключен первый выход гетеродина, к третьему входу передатчика - выход ФОС, к второму входу которого подключен выход задающего генератора, выход передатчика подключен к входу КК, выходы которого через соответствующие ППП подключены к первому и второму входам двухканальной по поляризации антенны соответственно, вторые выходы ППП подключены к первым входам первого и второго смесителей, к вторым входам смесителей подключен второй выход гетеродина, выход первого смесителя через первый и третий СФ подключен к вторым входам первого и второго БКФД соответственно, выход второго смесителя через второй и четвертый СФ - к вторым входам третьего и четвертого БКФД соответственно, к первым входам всех БКФД подключен выход ЗГ, выходы всех БКФД и второй выход синхронизатора подключены к соответствующим входам АЦП, выходы которого являются выходами устройства.As a prototype, a device for measuring the PMR of an object [5] is selected, which includes a two-channel polarization antenna, two transmit and receive switches (PPP), a channel switch (CC), a transmitter, an orthogonal radio signal generator (FOS), a master oscillator (CG), a synchronizer, heterodyne, two mixers, four matched filters (SF), four blocks of quadrature phase detectors (BKFD) and an analog-to-digital converter, the first synchronizer output connected to the first inputs of the FOS, transmitter and QC, to the second input of the transmitter under The first output of the local oscillator is switched on, the output of the FOS is connected to the third input of the transmitter, the output of the master oscillator is connected to the second input, the transmitter output is connected to the CC input, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the two-channel polarization antenna through the corresponding RFP, respectively, the second outputs of the RFP are connected the first inputs of the first and second mixers, the second output of the local oscillator is connected to the second inputs of the mixers, the output of the first mixer through the first and third SFs is connected to the second inputs of the first and second B FD respectively, the output of the second mixer and the second through fourth SFs - to the second inputs of the third and fourth BKFD respectively to first inputs connected to the output of BKFD MH BKFD outputs of the synchronizer and a second output connected to the corresponding inputs of the ADC, whose outputs are the outputs of the device.
Недостатком устройства, выбранного в качестве прототипа, является методическая погрешность, получаемая при измерении ПМР объектов, вызванная тем, что амплитуды и фазы радиосигналов, соответствующие элементам одного столбца ПМР, измеряют в один момент времени, а амплитуды и фазы радиосигналов, соответствующие элементам ПМР другого столбца - через промежуток времени, на который сдвинуты сигналы друг относительно друга. При этом необходимость уменьшения длительности импульса в два раза для реализации последовательного измерения элементов одного и второго столбца ПМР приводит к уменьшению отношения радиосигнал-шум соответственно в два раза и уменьшению точности измерения элементов ПМР, связанного с таким ухудшением отношения радиосигнал-шум.The disadvantage of the device, selected as a prototype, is the methodological error obtained when measuring the PMR of objects, due to the fact that the amplitudes and phases of the radio signals corresponding to the elements of one column of the PMR are measured at one time, and the amplitudes and phases of the radio signals corresponding to the elements of the MRR of another column - through the time interval, on which the signals are shifted relative to each other. At the same time, the need to reduce the pulse duration by two times to implement sequential measurement of the elements of one and the second PMR column leads to a decrease in the radio signal-to-noise ratio, respectively, and a decrease in the measurement accuracy of the PMR elements associated with such deterioration of the radio signal-noise ratio.
Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION
В основу изобретений положена техническая задача, заключающаяся в повышении точности измерения ПМР при обработке векторных радиосигналов в полнополяризационных радиолокационных станциях за счет одновременного измерения всех элементов ПМР и вычитания получаемой при этом методической ошибки.The inventions are based on the technical task of improving the accuracy of measuring PMR when processing vector radio signals in full-polarization radar stations by simultaneously measuring all elements of the PMR and subtracting the resulting methodical error.
Поставленная задача решается тем, что в предложенном способе обработки векторных радиосигналов в полнополяризационных радиолокационных станциях (ПП РЛС) в каждом периоде зондирования на одной несущей частоте на ортогональных поляризациях одновременно излучают два ортогональных по структуре векторных радиосигнала, запоминают начальные фазы излученных радиосигналов, принимают ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, выходные радиосигналы каждого, соответствующего по поляризации канала приемника подают на фильтры, каждый из которых согласован с одним из излученных ортогональных по структуре радиосигналов, из радиосигналов на выходе согласованных фильтров вычитают методическую ошибку, полученную в результате одновременного излучения и одновременного приема двух радиосигналов, при этом получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение поляризационной матрицы рассеяния объекта, являющееся результатом обработки векторных радиосигналов в полнополяризационных радиолокационных станциях.The task is solved by the fact that in the proposed method of processing vector radio signals in full-polarization radar stations (PP radar) in each period of sounding on one carrier frequency on orthogonal polarizations, two orthogonal polarized signals are received by orthogonal polarizations. radio signals reflected from the object, the output radio signals of each polarization corresponding to the receive channel ka served on the filters, each of which is matched with one of the radiated orthogonal radio signals, the method output error resulting from simultaneous emission and simultaneous reception of two radio signals is subtracted from the radio signals at the output of matched filters, and a measurement result is obtained polarization scattering matrix of the object, which is the result of processing vector radio signals in full-polarization radar stations.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.The essence of the proposed method is as follows.
На одной несущей частоте на ортогональных поляризациях излучают два ортогональных по структуре векторных радиосигнала, но, в отличие от прототипа, излучают их одновременно в каждом периоде. При этом, как и в прототипе, запоминают начальные фазы излученных радиосигналов. Затем принимают ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов. Далее выходные радиосигналы каждого, соответствующего по поляризации канала приемника подают на фильтры, каждый из которых согласован с одним из излученных ортогональных по структуре радиосигналов, при этом на выходе согласованных фильтров, в отличие от прототипа, вычитают методическую ошибку, образованную в результате одновременного излучения и одновременного приема двух радиосигналов. После вычислений получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение поляризационной матрицы рассеяния объекта, являющееся результатом обработки векторных радиосигналов в полнополяризационных радиолокационных станциях.On the same carrier frequency on orthogonal polarizations, two vector radio signals orthogonal in structure are emitted, but, unlike the prototype, they radiate simultaneously in each period. In this case, as in the prototype, remember the initial phase of the emitted radio signals. Then, orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object are received. Next, the output radio signals of each polarization channel corresponding to the receiver channel are fed to the filters, each of which is matched with one of the radio signals that are radiated orthogonal in structure, while the output of the matched filters, unlike the prototype, is subtracted by the method error resulting from simultaneous emission and simultaneous receiving two radio signals. After the calculations, a set of measurement results is obtained, which determines the measured value of the polarization scattering matrix of the object, which is the result of processing the vector radio signals in full-polarization radar stations.
Предлагаемый способ в сравнении с прототипом приводит к следующему техническому результату. В отличие от прототипа, в предлагаемом способе реализуется одновременное излучение двумя каналами ортогональных по структуре сигналов удвоенной, по сравнению с прототипом, длительности, что позволяет достичь увеличения отношения сигнал-шум в два раза, так как не требуется двукратное уменьшение длительности импульса при последовательном излучении. Кроме того, устраняется методическая погрешность ошибки измерения элементов ПМР, связанная с измерением её столбцов в различные моменты времени, характерные для прототипа, что повышает точность измерения.The proposed method in comparison with the prototype leads to the following technical result. Unlike the prototype, the proposed method implements the simultaneous radiation of two channels orthogonal in terms of the structure of signals twice as long as the prototype, which makes it possible to achieve an increase in the signal-to-noise ratio by half, since it does not require a two-fold decrease in the pulse duration during sequential radiation. In addition, eliminates the methodological error of measurement of the elements of the PMR associated with the measurement of its columns at different points in time, characteristic of the prototype, which increases the measurement accuracy.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В каждом периоде зондирования лоцируемый объект облучают одновременно двумя, ортогональными по структуре векторными радиосигналами на соответствующих ортогональных поляризациях на одной несущей частоте, при этом запоминают начальные фазы излученных радиосигналов. Далее принимают ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, выходные радиосигналы каждого, соответствующего по поляризации канала приемника подают на фильтры, каждый из которых согласован с одним из излученных ортогональных по структуре радиосигналов, при этом на выходе согласованных фильтров, в отличие от прототипа, вычитают методическую ошибку, образованную в результате одновременного излучения и одновременного приема двух радиосигналов. Далее, как и в прототипе, радиосигналы поступают на блоки квадратурных фазовых детекторов, на выходе которых при этом получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение поляризационной матрицы рассеяния объекта, являющееся результатом обработки векторных радиосигналов в полнополяризационных радиолокационных станциях.In each sensing period, the locatable object is irradiated simultaneously with two orthogonal structural radio signals at the corresponding orthogonal polarizations on the same carrier frequency, and the initial phases of the radiated radio signals are memorized. Next, orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object are received, the radio signals of each corresponding receiver channel polarization are fed to the filters, each of which is matched with one of the radiated orthogonal radio signals orthogonal, while the output of the matched filters, unlike the prototype, is subtracted methodically an error resulting from the simultaneous emission and simultaneous reception of two radio signals. Further, as in the prototype, the radio signals arrive at blocks of quadrature phase detectors, the output of which at the same time produces a set of measurement results that determines the measured value of the object’s polarization scattering matrix, which is the result of processing the vector radio signals in full-polarization radar stations.
Для пояснения осуществления компенсации методической ошибки представим входные радиосигналы приемников следующим образом:To clarify the implementation of the compensation methodological error, we present the input radio signals of the receivers as follows:
, ,
, (2) , (2)
где , – радиосигналы на входе ортогонально поляризованных каналов;Where , - radio signals at the input of orthogonal polarized channels;
, – составляющие радиосигналов и , излученные и принятые в одноименных плоскостях поляризации; , - components of radio signals and emitted and received in the same polarization planes;
, – составляющие радиосигналов и , излученные и принятые в перекрестных плоскостях поляризации; , - components of radio signals and emitted and received in polarization cross planes;
, – излученные в ортогональных поляризациях ортогональные по структуре радиосигналы; , - radiated in orthogonal polarizations orthogonal by the structure of the radio signals;
, , , – элементы ПМР . , , , - elements of PMR .
Тогда радиосигналы на выходе согласованных фильтров будут иметь следующий вид:Then the radio signals at the output of matched filters will have the following form:
, (3) , (3)
где , , , – авто- и взаимно-корреляционные функции радиосигналов и .Where , , , - auto- and cross-correlation functions of radio signals and .
Решением данной системы уравнений являются элементы ПМР:The solution of this system of equations are the elements of the PMR:
(4) (four)
Соответственно, в предложенном способе при измерении элементов ПМР учитывают данное решение системы уравнений, и методическая ошибка, вызванная одновременным излучением и одновременным приемом радиосигналов, компенсируется. Accordingly, in the proposed method, when measuring elements of the PMR, this solution of the system of equations is taken into account, and the methodological error caused by simultaneous radiation and simultaneous reception of radio signals is compensated.
Вычисленные таким образом значения ПМР и являются результатом обработки векторных радиосигналов в полнополяризационных радиолокационных станцияхThe calculated values of the PMR and are the result of processing vector radio signals in full-polarization radar stations
Предлагаемый способ может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого приведена на чертеже (Фиг. 1).The proposed method can be implemented, for example, using a device whose structural diagram is shown in the drawing (Fig. 1).
Предлагаемое устройство содержит двухканальную по поляризации антенну (А) 1, два переключателя прием-передача (ППП) 2 и 3, коммутатор каналов (КК) 4, передатчик 5, формирователь ортогональных сигналов (ФОС) 7, задающий генератор (ЗГ) 8, гетеродин 9, синхронизатор 10, первый смеситель 11, второй смеситель 12, четыре согласованных фильтра (СФ) 13, 14, 15, 16, четыре блока квадратурных фазовых детекторов (БКФД) 29, 30, 31, 32, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 33. В отличие от прототипа устройство содержит передатчик 6, четыре сумматора 17, 19, 21, 23, четыре аттенюатора 18, 20, 22, 24, четыре усилителя 25, 26, 27, 28.The proposed device contains a two-channel polarization antenna (A) 1, two switches receiving and transmitting (PPC) 2 and 3, a channel switch (CC) 4, a transmitter 5, a driver of orthogonal signals (FOS) 7, a master oscillator (CG) 8, a local oscillator 9, synchronizer 10, first mixer 11, second mixer 12, four matched filters (SF) 13, 14, 15, 16, four blocks of quadrature phase detectors (BKFD) 29, 30, 31, 32, analog-to-digital converter (ADC) 33. In contrast to the prototype, the device contains a transmitter 6, four
Выходы передатчиков 5 и 6 подключены к первому и второму входам КК, первый и второй выходы которого через соответствующие ППП 2 и 3 подключены к первому и второму входам А 1. Вторые выходы ППП 2 и 3 подключены к первым входам смесителей 11 и 12 соответственно. Первый выход синхронизатора 10 подключен к первым входам КК 4, передатчиков 5 и 6 и ФОС 7. Первый и второй выходы гетеродина 9 подключены к вторым входам передатчиков 5 и 6, а первый и второй выходы ФОС 7 подключены к третьим входам передатчиков 5 и 6. Выход ЗГ 8 подключен к второму входу ФОС 7 и к первым входам БКФД 29, 30, 31, 32. Третий выход гетеродина 9 подключен к вторым входам смесителей 11 и 12. Выход смесителя 11 подключен к входам СФ 13 и 14, выход смесителя 12 подключен к входам СФ 15 и 16. Выход СФ 13 подключен к первому входу сумматора 17 и входу аттенюатора 20. Выход СФ 14 подключен к первому входу сумматора 19 и входу аттенюатора 18. Выход СФ 15 подключен к первому входу сумматора 21 и входу аттенюатора 24. Выход СФ 16 подключен к первому сумматора 23 и входу аттенюатора 22. Выходы аттенюаторов 18, 20, 22, 24 подключены к вторым входам сумматоров 17, 19, 21, 23 соответственно. Выходы сумматоров 17, 19, 21, 23 подключены к входам усилителей 25, 26, 27, 28 соответственно. Выходы усилителей 25, 26, 27, 28 подключены к вторым входам БКФД 29, 30, 31, 32 соответственно. Второй выход синхронизатора 10 и выходы БКФД 29, 30, 31, 32 подключены к соответствующим входам АЦП 33, выходы которого являются выходами устройства.The outputs of the transmitters 5 and 6 are connected to the first and second inputs of QC, the first and second outputs of which through the
Устройство работает следующим образом. The device works as follows.
Задающий генератор 8 непрерывно вырабатывает напряжение промежуточной частоты, которое подается на второй вход ФОС 7. В каждом периоде зондирования ФОС 7 по тактовому синхроимпульсу, поступающему на его первый вход с первого выхода синхронизатора 10, вырабатывает одновременно в два канала на первый и второй свои выходы соответственно два ортогональных по структуре радиосигнала и таких, что их взаимная корреляционная функция стремится к нулю. В частности, в качестве таких ортогональных радиосигналов могут быть использованы две специально подобранные многофазные фазокодоманипулированные последовательности [6, 7]. Сформированные на промежуточной частоте ортогональные по структуре радиосигналы и поступают на третьи входы передатчиков 5 и 6, на вторые входы которых при этом подаются высокочастотные колебания с первого и второго выходов гетеродина 8 соответственно. В передатчиках осуществляется перенос поступающих колебаний на несущую частоту и усиление полученных радиосигналов по мощности. Импульсы синхронизатора 10, поступающие на первые входы передатчиков 5 и 6, обеспечивают синхронную работу КК 4, передатчиков 5 и 6 и ФОС 7. В каждом периоде зондирования КК 4 по синхроимпульсу, поступающему на его первый вход с первого выхода синхронизатора 10, одновременно, через соответствующие ППП 2 и 3, подключает выходные радиосигналы передатчиков 5 и 6 к соответствующим ортогональным по поляризации каналам А 1, которая излучает их в направлении лоцируемого объекта. Использование непрерывных колебаний ЗГ 8 и гетеродина 9 при одновременном формировании излучаемых и при одновременной обработке принимаемых сигналов обеспечивает запоминание начальных фаз радиосигналов, излучаемых на различных поляризациях. При приеме на каждый из ортогональных по поляризации каналов А 1 принимается сумма составляющих радиосигналов и , излученных и принятых в одноименных и перекрестных плоскостях поляризации (2). Эти суммы составляющих радиосигналов и через ППП 2 и 3 подаются на входы смесителей 11 и 12 соответственно, выход каждого из которых подключен к входам двух согласованных фильтров 13, 14 и 15, 16 соответственно. В каждой паре фильтров один фильтр согласован с радиосигналом , а другой – с радиосигналом , вырабатываемыми ФОС 7. Это позволяет на выходах четырех СФ 13, 14, 15, 16 одновременно получить четыре радиосигнала (3) , , , соответственно, то есть выделить отдельно каждую ортогонально поляризованную составляющую отраженного от объекта радиосигнала. The
Далее, из одновременно полученных составляющих , , , (3) необходимо получить , , , – элементы ПМР . Для этого, в соответствии с решением системы уравнений (4), схема устройства содержит четыре сумматора 17, 19, 21, 23, четыре аттенюатора 18, 20, 22, 24 и четыре усилителя 25, 26, 27, 28. Примем , где K – больше единицы, так как взаимно-корреляционные функции , радиосигналов и стремятся к нулю, соответственно K – коэффициент усиления усилителей 25, 26, 27, 28. Примем , , тогда данные коэффициенты в соответствии с вышесказанным будут являться коэффициентами аттенюаторов: – для аттенюаторов 18 и 22, а – для аттенюаторов 19 и 23. В сумматорах 17, 19, 21, 23 в соответствии с (4) получим следующие значения: для сумматора 17 , для сумматора 19 , для сумматора 21 , для сумматора 23 . Тогда, в соответствии решением (4) системы уравнений (3) и в соответствии со схемой устройства, изображенной на чертеже (Фиг. 1), при подключении выходов СФ 13, 14, 15, 16 к первым входам сумматоров 17, 19, 21, 23 соответственно и к входам аттенюаторов 20, 18, 24, 22 соответственно, выходов аттенюаторов 18, 20, 22, 24 к вторым входам сумматоров 17, 19, 21, 23, а выходов сумматоров 17, 19, 21, 23 к входам усилителей 25, 26, 27, 28, на выходах усилителей будут элементы ПМР , , , соответственно. Данные значения элементов ПМР с выходов усилителей 25, 26, 27, 28 подаются на вторые входы соответствующих БКФД 29, 30, 31, 32. При этом в качестве опорного напряжения на первые входы БКФД 29, 30, 31, 32 подается напряжение промежуточной частоты с выхода задающего генератора 8. Использование в качестве напряжения гетеродина в смесителях приемника 11 и 12 выходного напряжения гетеродина 9, а в качестве опорных напряжений для БКФД 29, 30, 31, 32 выходного напряжения задающего генератора 8, позволяет скомпенсировать случайные начальные фазы радиосигналов, одновременно излучаемых на разных поляризациях. Каждый БКФД имеет два выхода. По первому выходу выдается напряжение, пропорциональное произведениям амплитуд на косинус, а по второму - на синус разности фаз колебаний, поступающих на входы БКФД. Аналого-цифровой преобразователь 33 производит измерение напряжений сигналов, поступающих с выходов БКФД, осуществляя оцифровку их значений. По сигналам со второго выхода синхронизатора 10 измеренные значения амплитуд квадратурных составляющих, определяющих измеренные значения элементов ПМР объекта, выдаются потребителю.Further, from simultaneously obtained components , , , (3) need to get , , , - elements of PMR . To do this, in accordance with the solution of the system of equations (4), the device circuit contains four
Предлагаемое устройство в сравнении с прототипом обладает следующими техническими преимуществами. В отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве с помощью второго передатчика и измененной, по сравнению с прототипом, логики работы коммутатора каналов, формирователя ортогональных сигналов и синхронизатора, реализуется одновременное излучение двумя каналами ортогональных по структуре сигналов удвоенной, по сравнению с прототипом, длительности, что позволяет достичь увеличения отношения сигнал-шум в два раза, так как не требуется двукратное уменьшение длительности импульса при последовательном излучении. Кроме того, с помощью сумматоров, усилителей и аттенюаторов устраняется методическая погрешность ошибки измерения элементов ПМР, связанная с измерением её столбцов в различные моменты времени, характерные для прототипа, что повышает точность измерения ПМР и, соответственно, повышает точность результата обработки векторных радиосигналов в полнополяризационных радиолокационных станциях.The proposed device in comparison with the prototype has the following technical advantages. Unlike the prototype, in the proposed device with the help of the second transmitter and the changed, compared to the prototype, logic of the channel switch, shaper of orthogonal signals and synchronizer, two signals, which are orthogonal in structure to the signal doubled in duration, are emitted simultaneously, which allows you to achieve an increase in the signal-to-noise ratio by half, since it does not require a two-fold decrease in the pulse duration with successive radiation. In addition, using adders, amplifiers and attenuators eliminates the methodical error of measurement error of the PMR elements associated with the measurement of its columns at different points in time, characteristic of the prototype, which increases the accuracy of the measurement of the PMR and, accordingly, increases the accuracy of the result of processing the vector radio signals in full-polarization radar stations.
Промышленная применимость.Industrial Applicability.
Данные способ и устройство могут быть реализованы на современной элементной базе и с наибольшим эффектом могут быть применены в полнополяризационных радиолокационных станциях.These method and device can be implemented on modern element base and with the greatest effect can be applied in full-polarization radar stations.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Хойнен Д.Р. Измерение матрицы рассеяния // ТИИЭР. - 1965. - т.53, № 8. - С. 1074—1084.1. Hoinen D.R. Measurement of the scattering matrix // TIIER. - 1965. - Vol. 53, No. 8. - P. 1074-1084.
2. Канарейкин Д.Б., Павлов Н.Ф., Потехин В.А Поляризация радиолокационных сигналов. - М.: Сов.радио, 1966. - 440 с.2. Kanareikin D. B., Pavlov N. F., Potekhin V. A. Polarization of radar signals. - M .: Sov.radio, 1966. - 440 p.
3. Канарейкин Д.Б., Потехин В.А., Шишкин И.Ф. Морская поляриметрия. - Ленинград: Судостроение, 1968. - 328 с.3. Kanareikin D. B., Potekhin V.A., Shishkin I.F. Marine polarimetry. - Leningrad: Shipbuilding, 1968. - 328 p.
4. Храбростин Б.В., Никитин В.М. Способ и устройство для измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта // Патент РФ ИЗ № 2190239. 27.09.2002. Бюл. № 27.4. Hrabrostin B.V., Nikitin V.M. Method and device for measuring the polarization scattering matrix of an object // Patent of the Russian Federation IZ No. 2190239. 09/27/2002. Bul No. 27
5. Храбростин Б.В., Храбростин Д.Б Устройство для измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта // Патент РФ ИЗ № 2183022. 27.05.2002. Бюл. № 15.5. Khrabrostin B.V., Khrabrostin D. B. A device for measuring the polarization scattering matrix of an object // Patent RF IZ No. 2183022. 27.05.2002. Bul No. 15
6. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. - М.: Сов.радио, 1971. - 568 с. 6. Cook H., Bernfeld M. Radar signals. - M .: Sov.radio, 1971. - 568 p.
7. Леухин А.Н. Теория синтеза дискретных фазокодированных последовательностей с одноуровневой периодической автокорреляционной функцией: уч.пособие. В 2 кн. Кн.1. – Йошкар-Ола: ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет», 2015. – 320 с. 7. Leukhin A.N. Theory of synthesis of discrete phase-coded sequences with a single-level periodic autocorrelation function: teaching manual. In 2 books. Kn.1. - Yoshkar-Ola: Mari State University, 2015. - 320 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019102649A RU2695077C1 (en) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019102649A RU2695077C1 (en) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2695077C1 true RU2695077C1 (en) | 2019-07-19 |
Family
ID=67309502
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019102649A RU2695077C1 (en) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2695077C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771834C1 (en) * | 2021-07-07 | 2022-05-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method for simultaneous full-polarization doppler measurements in the microwave range |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4660044A (en) * | 1983-08-29 | 1987-04-21 | The Boeing Company | Spinning linear polarization radar mapping method |
JPH06213943A (en) * | 1992-12-04 | 1994-08-05 | Thomson Csf | Apparatus for reception and processing of radar signal for radio-wave jamming analyzer |
RU2183022C1 (en) * | 2001-07-26 | 2002-05-27 | Белгородский государственный университет | Device measuring polarization matrix of scattering of object |
RU2190239C1 (en) * | 2001-07-16 | 2002-09-27 | Белгородский государственный университет | Method and device measuring polarization scattering matrix of object |
WO2006079437A1 (en) * | 2005-01-27 | 2006-08-03 | Ericsson Ab | Polarisation-controller driving method for optical fiber transmission systems and apparatus in accordance with said method |
RU2546330C1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) | Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects |
RU2624449C1 (en) * | 2016-10-19 | 2017-07-04 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерство обороны Российской Федерации | Method of polarisation deprecition of radiosignals |
JP6213943B1 (en) * | 2016-05-19 | 2017-10-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Blood pressure estimation device, blood pressure estimation method, and computer program |
-
2019
- 2019-01-30 RU RU2019102649A patent/RU2695077C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4660044A (en) * | 1983-08-29 | 1987-04-21 | The Boeing Company | Spinning linear polarization radar mapping method |
JPH06213943A (en) * | 1992-12-04 | 1994-08-05 | Thomson Csf | Apparatus for reception and processing of radar signal for radio-wave jamming analyzer |
RU2190239C1 (en) * | 2001-07-16 | 2002-09-27 | Белгородский государственный университет | Method and device measuring polarization scattering matrix of object |
RU2183022C1 (en) * | 2001-07-26 | 2002-05-27 | Белгородский государственный университет | Device measuring polarization matrix of scattering of object |
WO2006079437A1 (en) * | 2005-01-27 | 2006-08-03 | Ericsson Ab | Polarisation-controller driving method for optical fiber transmission systems and apparatus in accordance with said method |
RU2546330C1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) | Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects |
JP6213943B1 (en) * | 2016-05-19 | 2017-10-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Blood pressure estimation device, blood pressure estimation method, and computer program |
RU2624449C1 (en) * | 2016-10-19 | 2017-07-04 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерство обороны Российской Федерации | Method of polarisation deprecition of radiosignals |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771834C1 (en) * | 2021-07-07 | 2022-05-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method for simultaneous full-polarization doppler measurements in the microwave range |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3611538A1 (en) | Mimo radar coding for resolving velocity ambiguity | |
US10914818B2 (en) | Angle-resolving FMCW radar sensor | |
US10557933B2 (en) | Radar device and position-determination method | |
US7859450B2 (en) | Detection and ranging appartus and detection and ranging method | |
AU2002333123B2 (en) | Spread spectrum radar with leak compensation at baseband | |
AU2002333123A1 (en) | Spread spectrum radar with leak compensation at baseband | |
RU2255352C2 (en) | Method and system for radar measurement of object speeds and coordinates (modifications) | |
US7961139B2 (en) | Digital beam forming using frequency-modulated signals | |
RU2625567C1 (en) | Device for imitation of a false radar objective at sensing with signals with linear frequency modulation | |
RU2474835C1 (en) | Correlation-phase direction finder | |
RU2410650C2 (en) | Method to measure level of material in reservoir | |
RU2695077C1 (en) | Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations | |
RU2416807C2 (en) | Method for radar measurement of velocity and coordinates of objects and system for implementing said method | |
RU2296432C1 (en) | Method for autocorrelation receipt of noise-like signals | |
RU2099739C1 (en) | Radar | |
RU2589036C1 (en) | Radar with continuous noise signal and method of extending range of measured distances in radar with continuous signal | |
RU2187129C1 (en) | Procedure and device measuring polarization matrix of scattering of object | |
RU2699240C1 (en) | Method of determining coordinates of target in radar station with continuous emission | |
RU54679U1 (en) | RADAR STATION | |
RU2204842C2 (en) | Method and device for measuring object-scattering polarization matrix | |
JP5611294B2 (en) | Detecting and ranging device | |
RU2190239C1 (en) | Method and device measuring polarization scattering matrix of object | |
RU2715057C1 (en) | Correlation-phase direction finder | |
RU194328U1 (en) | SATELLITE RADIO ALTIMETER | |
RU2580507C2 (en) | Radar method and doppler radar with transmitter for implementation thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210131 |