RU2699828C1 - Устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных ЛЧМ сигналов в реальном масштабе времени - Google Patents
Устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных ЛЧМ сигналов в реальном масштабе времени Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699828C1 RU2699828C1 RU2018127255A RU2018127255A RU2699828C1 RU 2699828 C1 RU2699828 C1 RU 2699828C1 RU 2018127255 A RU2018127255 A RU 2018127255A RU 2018127255 A RU2018127255 A RU 2018127255A RU 2699828 C1 RU2699828 C1 RU 2699828C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- signals
- duration
- real time
- lfm
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H17/00—Networks using digital techniques
- H03H17/02—Frequency selective networks
- H03H17/06—Non-recursive filters
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H21/00—Adaptive networks
- H03H21/0012—Digital adaptive filters
- H03H21/0067—Means or methods for compensation of undesirable effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к средствам обнаружения сигнала с линейной частотной модуляцией в условиях шумов. Технический результат заключается в обеспечении согласованной фильтрации ЛЧМ сигналов с изменяемыми параметрами, такими как девиация и длительность импульса. Устройство работает в реальном масштабе времени, на базе ПЛИС за счет использования в свертке с входными сигналами опорной функции, полученной бинарным преобразованием зондирующего ЛЧМ сигнала. Использование бинарной опорной функции позволяет повысить контрастность изображения для протяженных объектов в предметной области, что позволяет лучше выявлять области, представляющие интерес для последующей идентификации, и улучшает численный анализ дальности до них, а также позволяет адаптировать одно и то же устройство для разных по частоте, полосе и длительности зондирующих ЛЧМ сигналов путем загрузки при инициализации изменяемых параметров и массивов опорного бинарного сигнала. 2 ил.
Description
Устройство предназначено для обнаружения заранее известного сигнала с линейной частотной модуляцией в условиях шумов и может применяться в системах высокоточного измерения дистанции до отражающих объектов и построения радиолокационных изображений в радиолокационных станциях и системах безопасности на транспорте (контроль нерегулируемых переездов на железных дорогах, обеспечение безопасности путевых бригад на рельсах, предотвращение столкновений на железнодорожном и автомобильном транспорте).
Широко известны устройства согласованной фильтрации входных сигналов в радиотехнических системах (RU 2657462, RU 2518443, RU 2296345, RU 2422851) обработки сложных сигналов в системах радиолокации с целью определения дистанции до объектов, облучаемых зондирующим импульсом. Тип зондирующих сигналов - сверхкороткие импульсы, короткие импульсы с частотной и фазовой модуляцией.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство трансверсального аналогового фильтра для приема ЛЧМ сигналов диапазона СВЧ, описанное в патенте RU 2591475. Работа устройства основана на построении неполной свертки отраженного ЛЧМ сигнала с опорной функцией, заданной точками максимумов зондирующего импульса в аналоговой форме за счет формирования аналоговых трактов свертки входного сигнала.
Недостатком данного устройства является его жесткая, неадаптивная структура, позволяющая принимать только один конкретный ЛЧМ сигнал с параметрами, соответствующими настройкам опорной функции, что серьезно ограничивает область применения прототипа.
Технический результат, который требуется достигнуть предлагаемым устройством - обеспечение согласованной фильтрации ЛЧМ сигналов с изменяемыми параметрами, такими, как девиация и длительность импульса.
Достигнуть этого можно при переходе к цифровой обработке принимаемого отраженного ЛЧМ сигнала с использованием программируемых логических матриц (ПЛИС).
Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом изобретении, устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных от протяженных объектов ЛЧМ сигналов в реальном времени, содержит набор каналов накопления, причем количество каналов определяется дистанцией зондирования протяженных объектов, а длительность накопления - длительностью импульса ЛЧМ сигнала, при этом, устройство согласованной фильтрации реализовано на ПЛИС, в качестве фазовых контуров выступают каналы накопления принимаемого сигнала, а суммирование входных сигналов с АЦП осуществляется в каналах накопления с учетом знака бинарной опорной функции, полученной из формы зондирующих сигналов, через дискретные промежутки времени в реальном потоке входных данных.
Рассматриваемое устройство представляет собой цифровой согласованный фильтр для приема отраженных от предметной области произвольных (по частоте, длительности импульса и полосе) ЛЧМ сигналов. Задачей согласованного фильтра является выделение слабого принимаемого сигнала из шума с его одновременной локализацией по времени, без выполнения условия сохранения исходной формы сигнала. Согласно теории, согласованный фильтр вычисляет свертку принимаемого сигнала с эталонным, что требует большого числа арифметических операций, включая операции умножения.
Для реализации вычисления свертки в реальном времени требуется либо переходить к аналоговым операциям, как в выбранном прототипе, либо отказываться от затратных по времени арифметических операций и переходить к распараллеливанию обработки принимаемого сигнала.
Предлагаемое устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных от протяженных объектов ЛЧМ сигналов в реальном времени вычисляет свертку отраженных от предметной области сигналов, дискретных по частоте оцифровки точках с опорным сигналом, являющимся не отсчетами зондирующего сигнала, а отсчетами бинарной функции от зондирующего сигнала в этих же дискретных точках.
Бинарная функция строится на этапе инициализации ПЛИС при включении и хранится в памяти ПЛИС до следующего включения, когда параметры опорной функции могут быть изменены. Бинарная функция принимает значения в заданных точках, равные 1, когда зондирующий ЛЧМ сигнал больше либо равен 0 в той же точке, и (-1), когда зондирующий сигнал меньше 0.
При сигналах достаточно большой длительности, т.е. представленных в цифровом виде значительным количеством отсчетов, потеря точности при вычислении свертки не с копией излучаемого сигнала, а с соответствующей бинарной функцией, незначительна и приводит к некоторому увеличению боковых лепестков и уменьшению центрального пика свертки, но не к его «заплыванию», что и важно для определения дальности.
При этом отказ от учета амплитуды эталонного сигнала путем замены его на бинарную функцию, означает исключение операций умножения (домножать принимаемый сигнал потребуется на 1 или -1, что реализуется простым учетом знака при дальнейшем суммировании).
На Фиг. 1 приведена функциональная схема устройства согласованной фильтрации произвольных отраженных ЛЧМ сигналов в реальном масштабе времени.
На Фиг. 2 показан результат накопления сверток отраженного зондирующего импульса в сумматорах ПЛИС.
Устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных ЛЧМ сигналов в реальном масштабе времени содержит. Блок синхронизации -1, строб управления АЦП -2, блоки условного оператора -3, кольцевые буферы -4, блоки инверсии -5, блок проверки знака -6, накапливающие сумматоры -7 и регистр временного хранения -8.
Устройство работает следующим образом.
Блок синхронизации -1 предназначен для синхронизации процессов запуска зондирующего импульса ЛЧМ сигнала и начала обработки в согласованном цифровом фильтре. В момент запуска импульса счетчик циклов (условно не показан) обнуляется и обнуляются все накапливающие сумматоры -7. Далее блок синхронизации -1 формирует строб управления АЦП -2 и при каждом стробе счетчик увеличивается на 1.
Сам цифровой согласованный фильтр представляет собой набор из М параллельных процессов, каждый из которых запускается по условию блока условного оператора -3 со сдвигом в 1 временной отсчет т по дальности и существует в течение К отсчетов, соответствующих длине импульса Т=К⋅τ. Для уменьшения числа параллельных процессов первый процесс запускается с задержкой N0 относительно запуска зондирующего импульса, соответствующего приблизительному времени касания зондирующим импульсом предметной плоскости. Величина N0 зависит от высоты антенны над предметной плоскостью Н, угла наклона антенны к вертикали А, величины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости ДН и может быть вычислена по формуле
Здесь [..] - целая часть числа в скобках. В ряде задач, при одновременной работе системы на излучение зондирующего импульса и прием отраженного сигнал N0 может быть принято равным 0.
Кольцевые буферы -4 во всех ветвях обработки одинаковы, имеют длину К бит и содержат знаки опорной функции в точках свертки. Опорная функция - зондирующий ЛЧМ сигнал в цифровом представлении
где W - начальная частота ЛЧМ сигнала, ΔW - полоса ЛЧМ сигнала.
Знаковая функция в момент п имеет величину +1, если Fon(n)>0 и 0, если Fon(n)<0.
При каждом такте в зоне работы i параллельного процесса по условию (N>No+i и N<No+i+K) из кольцевого буфера -4 по текущему адресу извлекается бит текущего знака опорной функции и отправляется для анализа его значения в блок - 6. Адрес кольцевого буфера после этого увеличивается на 1. Таким образом, к концу работы данного процесса адрес кольцевого буфера - 4 обнуляется для работы со следующим импульсом. Содержимое и размер кольцевых буферов - 4 формируются при инициализации ПЛИС, при каждом включении фильтра, в зависимости от параметров зондирующего сигнала.
Если знак в текущий момент равен 0, центрированный входной сигнал с АЦП (2) инвертируется блоком -5 и подается на накапливающий сумматор - 7 данного параллельного процесса. Если знак равен 1, то входной сигнал с АЦП подается в сумматор без изменений, чему на приведеной на фиг. 1 схеме соответствует блок - 8.
Таким образом, по истечение М+К отсчетов в сумматорах содержатся свертки от М точек по дальности, которые используются для последующего выявления отражающих объектов по заданной дистанции, что и требовалось обеспечить для согласованной фильтрации. При этом результат достигается для ЛЧМ сигнала с изменяемыми параметрами, так как опорная бинарная функция строится для используемого сигнала, после чего записывается в кольцевые буферы. Технический результат достигнут полностью.
Claims (1)
- Устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных от протяженных объектов ЛЧМ сигналов в реальном масштабе времени, содержащее набор каналов накопления, причем количество каналов определяется дистанцией зондирования протяженных объектов, а длительность накопления - длительностью импульса ЛЧМ сигнала, отличающееся тем, что устройство согласованной фильтрации реализовано на ПЛИС, в котором программно сформированные каналы накопления содержат блоки условного оператора для разрешения суммирования, накапливающие сумматоры и кольцевые буферы, которые имеют длину К бит и содержат знаки опорной функции, блок синхронизации предназначен для синхронизации процесса запуска зондирующего сигнала линейно-частотной модуляции и формирования строба управления АЦП с временным сдвигом в течение К отсчетов, соответствующих длине импульса ЛЧМ, в результате чего по истечении М+К отсчетов в накапливающих сумматорах содержится свертка от М точек по дальности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018127255A RU2699828C1 (ru) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | Устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных ЛЧМ сигналов в реальном масштабе времени |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018127255A RU2699828C1 (ru) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | Устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных ЛЧМ сигналов в реальном масштабе времени |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2699828C1 true RU2699828C1 (ru) | 2019-09-11 |
Family
ID=67989487
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018127255A RU2699828C1 (ru) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | Устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных ЛЧМ сигналов в реальном масштабе времени |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2699828C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756024C1 (ru) * | 2020-09-14 | 2021-09-24 | Акционерное общество "ОКБ-Планета" АО "ОКБ-Планета" | Цифровое устройство определения спектра принимаемых сигналов с высоким разрешением по частоте |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5019826A (en) * | 1988-09-29 | 1991-05-28 | Hughes Aircraft Company | Coherent radar using recirculating delay line |
US9112756B1 (en) * | 2014-03-13 | 2015-08-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | System and method for coherent wideband channel generation using multiple received narrowband channels |
US20160191020A1 (en) * | 2008-04-30 | 2016-06-30 | Innovation Digital, LLC | Compensator for removing nonlinear distortion |
RU2591475C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-07-20 | Открытое акционерное общество "ОКБ-Планета" ОАО "ОКБ-Планета" | Трансверсальный аналоговый фильтр для приема лчм сигнала диапазона свч |
EP3229030A1 (en) * | 2016-04-08 | 2017-10-11 | Tektronix, Inc. | Linear noise reduction for a test and measurement system |
RU2660450C1 (ru) * | 2017-05-29 | 2018-07-06 | Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Устройство радиолокационной станции с непрерывным линейно-частотно-модулированным сигналом и синтезом апертуры |
-
2018
- 2018-07-24 RU RU2018127255A patent/RU2699828C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5019826A (en) * | 1988-09-29 | 1991-05-28 | Hughes Aircraft Company | Coherent radar using recirculating delay line |
US20160191020A1 (en) * | 2008-04-30 | 2016-06-30 | Innovation Digital, LLC | Compensator for removing nonlinear distortion |
US9112756B1 (en) * | 2014-03-13 | 2015-08-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | System and method for coherent wideband channel generation using multiple received narrowband channels |
RU2591475C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-07-20 | Открытое акционерное общество "ОКБ-Планета" ОАО "ОКБ-Планета" | Трансверсальный аналоговый фильтр для приема лчм сигнала диапазона свч |
EP3229030A1 (en) * | 2016-04-08 | 2017-10-11 | Tektronix, Inc. | Linear noise reduction for a test and measurement system |
RU2660450C1 (ru) * | 2017-05-29 | 2018-07-06 | Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Устройство радиолокационной станции с непрерывным линейно-частотно-модулированным сигналом и синтезом апертуры |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756024C1 (ru) * | 2020-09-14 | 2021-09-24 | Акционерное общество "ОКБ-Планета" АО "ОКБ-Планета" | Цифровое устройство определения спектра принимаемых сигналов с высоким разрешением по частоте |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108535703B (zh) | 用于频率调制连续波雷达高度计的信号干扰防止系统 | |
JP6177467B1 (ja) | ドップラー能力を高めたレーダー動作 | |
US8947647B2 (en) | Range-resolved vibration using large time-bandwidth product LADAR waveforms | |
KR101625754B1 (ko) | 클러터를 제거하기 위한 레이더 신호 처리 장치 및 방법 | |
KR20180128475A (ko) | 유니버설 코히어런트 기술 생성기 | |
RU2553272C1 (ru) | Способ измерения дальности и радиальной скорости в рлс с зондирующим составным псевдослучайным лчм импульсом | |
RU2699828C1 (ru) | Устройство согласованной фильтрации произвольных отраженных ЛЧМ сигналов в реальном масштабе времени | |
US10782391B2 (en) | Processing received radiation reflected from a target | |
JP4976439B2 (ja) | レーダ装置 | |
Abratkiewicz et al. | Multipath interference removal in receivers of linear frequency modulated radar pulses | |
RU2315332C1 (ru) | Радиолокационная станция | |
RU2017122646A (ru) | Способ измерения дальности и радиальной скорости в РЛС с зондирующим составным псевдослучайным ЛЧМ импульсом | |
Brown et al. | Real-time hardware design for improving laser detection and ranging accuracy | |
JP2017138230A (ja) | 目標検出装置 | |
RU2296345C2 (ru) | Способ разрешения целей по дальности радиолокационной станцией и импульсная радиолокационная станция со сжатием импульсов и восстановлением сигналов | |
KR20200085903A (ko) | 상호 지연된 직교 코드에 의해 개선된 레인지 해상도를 갖는 레이더 시스템의 작동 방법 및 레이더 시스템 | |
JP2004125451A (ja) | パルスレーダ装置 | |
US10018718B1 (en) | Artifact reduction within a SAR image | |
RU2014121964A (ru) | Способ экспериментальной проверки информационных и идентификационных возможностей доплеровских портретов воздушных объектов | |
CN110726995B (zh) | 激光雷达高精度测距方法及系统 | |
JP6037625B2 (ja) | レーダ干渉除去装置及びレーダ干渉除去方法 | |
JP5633848B2 (ja) | 超広帯域パルス・センサ及びその干渉回避方法 | |
US11391813B2 (en) | Method for detecting radar signals | |
RU2533198C1 (ru) | Способ управления величиной разрешающей способности радиолокационной станции | |
RU150255U1 (ru) | Устройство распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования |