RU2709626C1 - Способ определения скорости объекта в доплеровской радиолокации - Google Patents

Способ определения скорости объекта в доплеровской радиолокации Download PDF

Info

Publication number
RU2709626C1
RU2709626C1 RU2016142117A RU2016142117A RU2709626C1 RU 2709626 C1 RU2709626 C1 RU 2709626C1 RU 2016142117 A RU2016142117 A RU 2016142117A RU 2016142117 A RU2016142117 A RU 2016142117A RU 2709626 C1 RU2709626 C1 RU 2709626C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
doppler
signal
frequency
analyzed
length
Prior art date
Application number
RU2016142117A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Тимофеевич Бубукин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
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 "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority to RU2016142117A priority Critical patent/RU2709626C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2709626C1 publication Critical patent/RU2709626C1/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
    • 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
    • G01S13/505—Systems of measurement based on relative movement of target using Doppler effect for determining closest range to a target or corresponding time, e.g. miss-distance indicator
    • 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
    • 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
    • G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • 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
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/91—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control
    • G01S13/92—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control for velocity measurement
    • 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

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к дистанционному измерению скорости движения объектов доплеровской радиолокационной станцией (ДРЛС). Достигаемый технический результат - повышение точности определения скорости высокоскоростных объектов. Сущность способа состоит в облучении движущегося объекта сигналом высокой частоты и одновременном приеме сигнала, отраженного от объекта в обратном направлении. Принимаемый ДРЛС сигнал содержит спектр доплеровских частот, в котором, каждому объекту, движущемуся со скоростью Vi, соответствует своя доплеровская частота:
Figure 00000014
, где λ - длина волны непрерывного излучения ДРЛС. Выделение физических параметров движущихся объектов, а именно скоростей и спектральных амплитуд, достигается благодаря цифровым технологиям и применению блока спектрального гармонического анализа, основанного на Фурье-преобразовании при длительности анализируемой записи, содержащей целое число периодов доплеровской частоты, что позволяет повысить точность измерений до погрешности, определяемой соотношением сигнал-шум. 5 ил.

Description

Изобретение относится к дистанционному контролю движения объектов доплеровской радиолокационной станцией (ДРЛС) и предназначено для существенного увеличения точности определения скоростей объектов до погрешности, определяемой соотношением сигнал-шум.
Актуальной является задача дистанционного контроля движения объектов в авиации, при запуске и посадке космических аппаратов (КА) на Землю, для контроля движения КА в процессе их стыковки на орбите и т.д. Для этих целей удобно использовать ДРЛС вследствие простоты ее конструкции и возможностью исключения влияния неподвижных сопутствующих и помехообразующих факторов селекцией по частоте.
Известен способ измерения радиальной скорости объекта RU 2535487, в котором достигается уменьшение погрешности измерения радиальной скорости объекта, при частоте Доплера меньше единиц кГц. Результат достигается за счет облучения движущегося объекта модулированным по амплитуде сигналом высокой частоты одним прямоугольным импульсом и одновременном приеме сигнала, отраженного от объекта в обратном направлении. Этот результат достигается за счет измерения, в единицу времени или длительности модулирующего по амплитуде прямоугольного импульса, набега фазы сигнала отраженного от объекта в обратном направлении. Повышение точности измерений в данном случае достигается за счет увеличения временной длительности анализируемой записи. Это приводит к увеличению точности измерений скорости с помощью блока быстрого преобразования Фурье (БПФ), но применимо только для объектов с медленно меняющейся скоростью. При измерении скоростей быстро движущихся, маневрирующих объектов увеличение длительности анализируемой записи приводит к увеличению ошибки измерений.
В заявке на изобретение RU94007486 предложен радиолокационный измеритель скорости, который позволяет достичь высокой точности измерений при обеспечении высокой помехоустойчивости и скрытности в работе применением шумового зондирующего сигнала и корреляционной обработки отраженного сигнала. Способ измерения, описанный в RU94007486, также требует для повышения точности измерений скорости, увеличения длительности анализируемой записи. В этом случае при корреляционной обработке отраженного сигнала можно реализовать узкий корреляционный максимум шумового зондирующего сигнала. Данный способ также применим только для объектов с медленно меняющейся скоростью.
В качестве прототипа выбран радиолокационный способ измерения скорости движущегося объекта, описанный в патенте на полезную модель RU 42112, где с помощью модуля СВЧ осуществляют излучение СВЧ-сигнала и прием отраженного от объекта сигнала, получают на выходе модуля СВЧ-сигнал на частоте Доплера, зависящий от скорости движения объекта, который с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) преобразуют в цифровую форму и подают на вход блока вычисления быстрого преобразования Фурье (БПФ), на выходе которого выделяют сигнал частотного канала с максимальной амплитудой.
Таким образом, в конструкции доплеровской радиолокационной станции (ДРЛС) по патенту на изобретение RU 42112 выделение физических параметров движущихся объектов, а именно скоростей и спектральных амплитуд, производят с помощью блока БПФ.
Ошибка определения скорости при стандартном способе спектральной обработки доплеровских сигналов, основанном на быстром преобразовании Фурье, присуща всем современным ДРЛС, не зависит от соотношения сигнал-шум и не может быть уменьшена путем совершенствования конструкции передатчика и приемника ДРЛС. В стандартном блоке спектральной обработки доплеровских сигналов, основанном на быстром преобразовании Фурье, длительность анализируемой записи определяет спектральное разрешение. Если в процессе обработки была установлена длительность записи 1024 отсчетов АЦП, то при частоте отсчетов 1 МГц временной интервал обработки будет равен Т=1024 мксек. Спектральные амплитуды отсчитываются дискретно через интервалы по скорости
Figure 00000001
Для длины волны ДРЛС λ=3⋅10-2 м и выбранной длине обрабатываемой записи ΔV=14.6 м/с. Например, если в какой-то момент времени скорость была V=1000 м/с, то соответствующее число отсчетов должно быть
Figure 00000002
. Поскольку отсчеты ведутся только по спектральным амплитудам, соответствующим целому числу интервалов ΔV, то спектральная амплитуда, соответствующая скорости V=1000 м/с, находящаяся между n=68 и n+1=69, не получается на долях интервала ΔV, и будет определена приближенно V≈=n⋅ΔV=68-14.6 м/с=992.8 м/с.Величина интервала ΔV в этом случае является ошибкой в измерении скорости, а истинная скорость объекта будет находиться между 992.8 м/с и 1007.4 м/с. При другой длительности анализируемой записи могло бы быть, что скорость объекта ближе к (n+1)ΔV, и тогда ошибку ΔV нужно было бы вычитать из получившейся величины. Эта ошибка довольно большая по величине 14.6 м/с и не систематическая: ее знак будет меняться на последующих интервалах. Ошибка в стандартном блоке спектральной обработки доплеровских сигналов не зависит от соотношения сигнал-шум и не может быть уменьшена путем совершенствования конструкции передатчика и приемника ДРЛС, что является существенным недостатком стандартного способа.
Пример спектральной обработки результатов радиолокационных доплеровских измерений с помощью стандартного блока спектрального анализа, при движении объекта по аэробаллистической траектории, приведены на графиках фиг. 1. Как видно из графика 1 на фиг. 1 (правая шкала) график скорости объекта при замедленном движении в этом случае имеет ступенчатый вид с величиной ступеньки ΔV.
Квадрат спектральной амплитуды пропорционален эффективной площади рассеяния (ЭПР) излучения РЛС исследуемым объектом. Из графика 2 на фиг. 1 (левая шкала) видно, что возникают значительные ошибки и в определении ЭПР исследуемых объектов, движущихся по аэробаллистической траектории, и происходит ухудшение отношения сигнала к шуму - важнейшего радиолокационного параметра. Кроме того, следствием внесенных стандартным блоком спектрального анализа разрывностей гармонической функции является уширение спектральных линий и появление, вместо резких краев, медленно спадающих крыльев спектральных линий, которые создают помеху для обнаружения и выделения близких деталей спектральных распределений.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получения технического результата, заключающегося в определении скорости высокоскоростных объектов в доплеровской радиолокации с высокой точностью, не требующий увеличения длительности анализируемой записи доплеровского сигнала.
Предлагаемый способ измерения скорости ДРЛС с высокой точностью не требует увеличения длительности анализируемой записи. В гармоническом анализе спектральные компоненты функций должны быть определены непрерывно на бесконечном интервале. Это означает, что при вычислениях с анализируемой записью длительностью Т гармоническая функция в каждый последующий момент времени должна аналитически продолжаться с сохранением непрерывности фазы. В стандартных блоках спектрального анализа условие непрерывности не выполняется, поэтому в результате спектральной обработки вносятся значительные искажения распределений спектральных амплитуд.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения скорости объекта в доплеровской радиолокации, основанном на излучении СВЧ-сигнала и приеме отраженного от объекта сигнала, отличающегося на частоту Доплера, зависящую от скорости движения объекта, в качестве сигнала используют непрерывный, преимущественно монохроматический сигнал, с помощью гетеродина, где опорной частотой является частота передатчика, находят разностные частоты, из которых, применяя фильтр верхних частот, отсекают частоты сигналов, отраженных от неподвижных объектов, далее обработку сигнала адаптируют так, чтобы длительность анализируемой записи принимаемого сигнала содержало целое число периодов доплеровской частоты, для чего полученный сигнал на разностной частоте оцифровывают с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), затем запись этого сигнала с произвольной начальной длиной подвергают преобразованию Фурье с получением доплеровского спектра, определяют величину максимума спектральной амплитуды сигнала, принятого ДРЛС от двигающегося объекта, в делениях АЦП и частоту этого максимума в доплеровском спектре, далее изменяют длину анализируемой записи на шаг дискретизации АЦП - Δt и опять подвергают преобразованию Фурье с определением величины максимума спектральной амплитуды сигнала в делениях АЦП и частоты, соответствующей этому максимуму в полученном доплеровском спектре, повторяют изменение длин анализируемой записи на kΔt, где k=1, 2, …, N, и где N выбрана таким образом, чтобы kΔt варьировалась в пределах не менее двух доплеровских периодов в сторону увеличения или уменьшения относительно начальной длины анализируемой записи, проводя при каждой измененной на шаг дискретизации анализируемой записи оцифрованного сигнала, принятого ДРЛС от двигающегося объекта, преобразование Фурье с определением величины максимума спектральной амплитуды и частоты, соответствующей этому максимуму в доплеровском спектре. По найденным результатам строят зависимость максимумов спектральных амплитуд в доплеровских спектрах, полученных при изменении длины анализируемой записи на kΔt от начальной, и по максимальной величине спектральной амплитуды из этого графика определяют величину оптимальной длины анализируемой записи, по которой и определяют частоту максимума доплеровского спектра.
Критерий определения адаптированной длительности анализируемой записи по максимальной величине спектральной амплитуды хорошо работает, когда доплеровский радиолокационный сигнал стационарен. Если это условие не выполняется, то возникают неопределенности в определении положения максимума или выбора из нескольких максимумов. Чтобы исключить влияние вариаций амплитуды используется вариант определения оптимальной длины анализируемой записи по частоте доплеровского максимума. В этом случае строят график зависимости доплеровских частот, соответствующих максимумам спектральных амплитуд доплеровских спектров, полученных при изменениях длин анализируемых записей на kΔt, где k=1, 2, …, N, и N взята из условия, чтобы kΔt варьировалась в пределах не менее двух доплеровских периодов в сторону увеличения или уменьшения относительно начальной длины анализируемой записи, от изменения kΔt. Находят оптимальную длину анализируемой записи, по средней величине доплеровской частоты между соседними скачками частот максимума доплеровского спектра.
По длине анализируемой записи определяют доплеровскую частоту движущегося объекта, а из формулы
Figure 00000003
определяют скорость движения объекта, где λ - длина волны, излучаемая СВЧ-модулем передатчика ДРЛС.
Предлагаемый способ можно проиллюстрировать с помощью структурной схемы ДРЛС с использованием блока вычисления преобразования Фурье способом адаптивного спектрального анализа, которая показана на фиг. 2. В схему устройства входят: 3. Модуль СВЧ-передатчика, излучающий синусоидальный сигнал высокой частоты с длиной волны λ в направлении движущегося объекта; 4. Модуль СВЧ-приемника, принимающий и усиливающий высокочастотный сигнал, отраженный от окружающих объектов в направлении приемника; 5. Гетеродин, формирующий сигнал на частоте равной разности частот приемника и передатчика; 6. Фильтр верхних частот, не пропускающий сигналы на частотах близких к нулевой; 7. Аналого-цифровой преобразователь, производящий квантование сигнала разностной частоты по времени и амплитуде; 8. Модуль первого запоминающего устройства-1, производящего регистрацию отсчетов времени и амплитуды оцифрованного сигнала через интервал времени Δt; 9. Moдуль выборки данных, производящий выборку отсчетов данных разной длины от начальной до конечной, с шагом равным единице, соответствующих различным длинам анализируемой записи; 10. Блок вычисления преобразования Фурье, вычисляющий спектр анализируемой записи; 11. Модуль определения частоты и величины максимума в доплеровском спектре; 12. Модуль второго запоминающего устройства, производящего регистрацию частоты и величины максимума в доплеровском спектре при различных длинах анализируемой записи; 13. Модуль построения зависимости величины максимума в доплеровском спектре от длины анализируемой записи; 14. Модуль построения зависимости частоты максимума в доплеровском спектре от длины анализируемой записи; 15. Модуль определения оптимальной длины записи по соседним скачкам частоты максимума доплеровского спектра; 16. Модуль определения оптимальной длины записи по экстремумам величины максимума доплеровского спектра; 17. Модуль определения частоты максимума доплеровского спектра при оптимальной длине записи и скорости движущегося объекта с повышенной точностью; 18. Модуль определения частоты максимума доплеровского спектра при оптимальной длине записи и скорости движущегося объекта с повышенной точностью; 19. Блок управления; 20. Канал для сигнала изменения длины анализируемой записи; 21. Канал для частоты доплеровского максимума при начальной длине анализируемой записи; 22. Канал для длины анализируемой записи.
Амплитудный вариант способа
13. Модуль построения зависимости величины максимума в доплеровском спектре от длины анализируемой записи, пример зависимости величины максимума в доплеровском спектре - А (в единицах делений АЦП) от приращения длины записи - kΔt (в микросекундах) показан на фиг. 3, при начальной длине записи Т=1000 мксек; 16. Модуль определения оптимальной длины записи по экстремумам величины максимума доплеровского спектра, на фиг. 3 экстремум соответствуют kΔt=10 мксек и оптимальная длина записи Т=1010 мксек; 18. Модуль определения частоты максимума доплеровского спектра при оптимальной длине записи и скорости движущегося объекта с повышенной точностью;
Частотный вариант способа
14. Модуль построения зависимости частоты максимума в доплеровском спектре от длины анализируемой записи, пример зависимости частоты максимума в доплеровском спектре - Fдоп (в Гц) в зависимости от приращения длины записи - kΔt (в микросекундах) показан на фиг. 4, при начальной длине записи Т=1000; 15. Модуль определения оптимальной длины записи по соседним скачкам частоты максимума доплеровского спектра, на фиг. 4 скачки соответствуют kΔt=4 и 16 мксек и оптимальная длина записи Т=1010 мксек (середина линейного участка изменения частоты); 17. Модуль определения частоты максимума доплеровского спектра при оптимальной длине записи и скорости движущегося объекта с повышенной точностью.
С помощью модуля СВЧ-передатчика 3 посылают непрерывный СВЧ-сигнал в сторону движущегося объекта. Принимают отраженный от объекта сигнал с помощью модуля СВЧ-приемника 4 с суммой частот Fпер+Fдоп, где Fпер - частота передатчика, Fдоп - частота Доплера. С помощью гетеродина 5 находят разностную частоту, где опорной частотой является частота передатчика Fпер. Так как принимаемое реальное излучение включает и сигналы, отраженные окружающими предметами, то применяют фильтр верхних частот 6 на выходе гетеродина 5 для отфильтровывания сигналов, отраженных от неподвижных объектов. Далее с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7 сигнал преобразуют в цифровую форму и записывают в память первого модуля запоминающего устройства 8, в котором осуществляют регистрацию времени и амплитуды оцифрованного сигнала через интервал времени Δt. Запись с модуля запоминающего устройства 8 поступает в модуль выборки данных 9, с помощью которого осуществляют выборку записи с длиной, определяемой сигналом изменения длины анализируемой записи с блока управления 19, поступающей на блок вычисления преобразования Фурье 10, откуда данные о частоте доплеровского максимума при начальной длине анализируемой записи по каналу 21 поступают на блок управления 19 и данные для определения частоты и величины максимума в доплеровском спектре на модуль 11, величины которых регистрируют в модуле второго запоминающего устройства 12, предназначенного для регистрации частоты и величины максимума доплеровского спектра при различных длинах анализируемой записи, в который данные о длине анализируемой записи поступают от блока управления 19 по каналу 22, и с помощью модуля 13 строят график зависимости величины максимума спектральной амплитуды в доплеровском спектре от длины анализируемой записи (фиг. 3), на котором с помощью модуля 16 определяют оптимальную длину записи по экстремумам величины максимума спектральной амплитуды доплеровского спектра, и в модуле 18 определяют частоту максимума доплеровского спектра при оптимальной длине записи и скорость движущегося объекта с повышенной точностью. В частотном варианте метода с помощью модуля 14 строят график зависимости частоты максимума спектральной амплитуды в доплеровском спектре от длины анализируемой записи (фиг. 4), на котором с помощью модуля 15 определяют оптимальную длину записи по середине линейного участка изменения частоты максимума доплеровского спектра, и в модуле 17 определяют частоту максимума спектральной амплитуды доплеровского спектра при оптимальной длине записи и скорость движущегося объекта с повышенной точностью.
В основе способа адаптивного спектрального анализа лежит принцип сохранения фазовой непрерывности сигналов. Из соотношений для эффекта Доплера
Figure 00000004
и
Figure 00000005
следует, что
Figure 00000006
и
Figure 00000007
где Тдоп - период доплеровской частоты сигнала
Figure 00000008
. Отсюда:
Figure 00000009
, где в общем случае n - смешанное число. Сохранить непрерывность сигнала по фазе при спектральной обработке возможно, если длительность анализируемой записи Т будет содержать целое число n периодов доплеровской частоты
Figure 00000010
. Поэтому в процессе спектральной обработки длительность анализируемой записи должна адаптироваться так, чтобы в каждый момент времени в окне укладывалось целое число периодов доплеровской частоты. За начальное приближение можно взять длительность анализируемой записи, например 1000 мксек и далее ее продолжительность варьировать в пределах двух доплеровских периодов в сторону увеличения или уменьшения.
Определение оптимальной длительности анализируемой записи по максимуму спектральных амплитуд. На фиг. 3 приведен график величины спектральной амплитуды сигнала А принятого ДРЛС от двигающегося объекта в делениях АЦП, построенный относительно изменения длины анализируемой записи с начальным значением Т=1000 мксек, следующих через 1 мксек в течение двух доплеровских периодов. Положения максимумов спектральных амплитуд соответствуют оптимальной длительности анализируемой записи.
Критерий определения адаптированной длительности анализируемой записи по максимальной величине спектральной амплитуды хорошо работает, когда доплеровский радиолокационный сигнал стационарен. Если это условие не выполняется, то возникают неопределенности в определении положения максимума или выбора из нескольких максимумов. Поэтому ниже приведен частотный критерий, свободный от этого недостатка.
Определение оптимальной длительности анализируемой записи по интервалу изменений доплеровской частоты. Как видно из графика фиг. 3, изменение величины спектральной амплитуды сигнала принятого ДРЛС от двигающегося объекта на каждый момент времени периодически зависит от длительности анализируемой записи Т, и период этой зависимости равен периоду доплеровской частоты
Figure 00000011
. На графике фиг. 4 приведена зависимость измеряемой доплеровской частоты двигающегося объекта от длительности анализируемой записи, построенная через 1 мксек в течение двух доплеровских периодов. Из графика видно, что величина доплеровского периода равна 15 мксек. Чтобы адаптированная длина анализируемой записи соответствовала целому числу периодов доплеровской частоты, нужно чтобы спектральная амплитуда двигающегося объекта имела доплеровскую частоту точно в середине интервала линейного изменения доплеровской частоты. На графике эта середина попадает на отсчет kΔt на 10 микросекунде. Погрешность измерений доплеровских частот в данном примере определялась частотой выборки через 1 мксек, обеспечиваемую АЦП, которая определяет и погрешность определения скорости двигающегося объекта. В рассматриваемом случае она составляет 1.15 м/сек.
Введение в ДРЛС блока вычисления преобразования Фурье способом адаптивного спектрального анализа с переменной длиной анализируемой записи, делает невозможным использование алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ), имеющего фиксированную длину анализируемой записи. Это требует использования более высокопроизводительных вычислительных систем с вычислением преобразования Фурье по общим формулам
На графике фиг. 5 представлены распределения скоростей (график 23) и спектральных амплитуд (график 24) объекта, двигающегося по аэробаллистической траектории, полученных ДРЛС с применением оптимизации длины анализируемой записи. Сравнение графика 23 с графиком 1 и графика 24 с графиком 2 показывает, что применение способа оптимизации длины анализируемой записи устраняет искажения, вносимые стандартным БПФ способом и уменьшает погрешность определения измеряемых величин, в частности в данном опыте скорости до ±1 м/с.

Claims (1)

  1. Способ определения скорости объекта в доплеровской радиолокации, основанный на излучении СВЧ-сигнала и приеме отраженного от объекта сигнала, преобразовании сигнала в цифровую форму, отличающийся тем, что в качестве сигнала используют непрерывный, преимущественно монохроматический, сигнал, применяя гетеродин, где опорной частотой является частота передатчика, находят разностные частоты, из которых с помощью фильтра верхних частот отсекают частоты сигналов, отраженных от неподвижных объектов, далее обработку сигнала адаптируют так, чтобы длительность анализируемой записи принимаемого сигнала содержала целое число периодов доплеровской частоты, для чего полученный сигнал оцифровывают с шагом Δt, затем запись этого сигнала с произвольной начальной длиной подвергают преобразованию Фурье с получением доплеровского спектра, в котором определяют величину максимума спектральной амплитуды сигнала и частоту, соответствующую этому максимуму, далее повторяют изменение длины анализируемой записи на kΔt, каждый раз k увеличивая в порядке возрастания, k=1, 2, …, N, где N выбрана таким образом, чтобы kΔt варьировалась в пределах не менее двух доплеровских периодов в сторону увеличения или уменьшения относительно начальной длины анализируемой записи, проводя при каждой измененной на шаг дискретизации анализируемой записи оцифрованного сигнала, принятого ДРЛС от двигающегося объекта, преобразование Фурье с определением величины максимума спектральной амплитуды и частоты, соответствующей этому максимуму в доплеровском спектре, далее по найденным результатам строят зависимость максимумов спектральных амплитуд в доплеровских спектрах, полученных при изменении длины анализируемой записи на kΔt от начальной, и по максимальной величине спектральной амплитуды из этого графика определяют величину оптимальной длины анализируемой записи, по которой и определяют частоту максимума доплеровского спектра, на основании которой из формулы
    Figure 00000012
    определяют скорость движения объекта, или же строят график зависимости доплеровских частот, соответствующих максимумам спектральных амплитуд доплеровских спектров, полученных при изменениях длин анализируемых записей на kΔt, где k=1, 2, …, N, где N взята из условия, чтобы kΔt варьировалась в пределах не менее двух доплеровских периодов в сторону увеличения или уменьшения относительно начальной длины анализируемой записи, от изменения kΔt, находят оптимальную длину анализируемой записи, как соответствующую средней величине доплеровской частоты между максимумом и минимумом на полученном графике, а по длине анализируемой записи определяют доплеровскую частоту объекта, и из формулы
    Figure 00000013
    определяют скорость движения объекта.
RU2016142117A 2016-10-26 2016-10-26 Способ определения скорости объекта в доплеровской радиолокации RU2709626C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142117A RU2709626C1 (ru) 2016-10-26 2016-10-26 Способ определения скорости объекта в доплеровской радиолокации

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142117A RU2709626C1 (ru) 2016-10-26 2016-10-26 Способ определения скорости объекта в доплеровской радиолокации

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709626C1 true RU2709626C1 (ru) 2019-12-19

Family

ID=69006641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016142117A RU2709626C1 (ru) 2016-10-26 2016-10-26 Способ определения скорости объекта в доплеровской радиолокации

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709626C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768557C1 (ru) * 2021-03-23 2022-03-24 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") Способ измерения гравитационного ускорения космического аппарата
CN116208224A (zh) * 2022-12-19 2023-06-02 上海精密计量测试研究所 一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置和方法
CN116800357A (zh) * 2023-05-11 2023-09-22 北京扬铭科技发展有限责任公司 一种目标移动属性判证装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6091355A (en) * 1998-07-21 2000-07-18 Speed Products, Inc. Doppler radar speed measuring unit
RU2155970C2 (ru) * 1997-06-10 2000-09-10 Государственное предприятие "Ульяновский механический завод" Цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов
RU42112U1 (ru) * 2004-08-16 2004-11-20 Михайлов Анатолий Леонидович Радиолокационный измеритель скорости
RU2414721C1 (ru) * 2009-06-23 2011-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Способ радиолокационного измерения скорости объекта
JP2012149951A (ja) * 2011-01-18 2012-08-09 Japan Radio Co Ltd レーダ装置
US8305256B1 (en) * 2010-02-09 2012-11-06 Lockheed Martin Corporation Radar with PRF alteration on receive
RU2568187C1 (ru) * 2014-05-12 2015-11-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ обнаружения высокоскоростных воздушных целей
EP3056922A2 (en) * 2015-02-11 2016-08-17 Honeywell International Inc. Velocity and attitude estimation using an interferometric radar altimeter

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2155970C2 (ru) * 1997-06-10 2000-09-10 Государственное предприятие "Ульяновский механический завод" Цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов
US6091355A (en) * 1998-07-21 2000-07-18 Speed Products, Inc. Doppler radar speed measuring unit
RU42112U1 (ru) * 2004-08-16 2004-11-20 Михайлов Анатолий Леонидович Радиолокационный измеритель скорости
RU2414721C1 (ru) * 2009-06-23 2011-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Способ радиолокационного измерения скорости объекта
US8305256B1 (en) * 2010-02-09 2012-11-06 Lockheed Martin Corporation Radar with PRF alteration on receive
JP2012149951A (ja) * 2011-01-18 2012-08-09 Japan Radio Co Ltd レーダ装置
RU2568187C1 (ru) * 2014-05-12 2015-11-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ обнаружения высокоскоростных воздушных целей
EP3056922A2 (en) * 2015-02-11 2016-08-17 Honeywell International Inc. Velocity and attitude estimation using an interferometric radar altimeter

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768557C1 (ru) * 2021-03-23 2022-03-24 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") Способ измерения гравитационного ускорения космического аппарата
CN116208224A (zh) * 2022-12-19 2023-06-02 上海精密计量测试研究所 一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置和方法
CN116208224B (zh) * 2022-12-19 2024-05-07 上海精密计量测试研究所 一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置和方法
CN116800357A (zh) * 2023-05-11 2023-09-22 北京扬铭科技发展有限责任公司 一种目标移动属性判证装置
CN116800357B (zh) * 2023-05-11 2024-04-12 北京扬铭科技发展有限责任公司 一种目标移动属性判证装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6903743B2 (ja) コヒーレントライダーから生じる信号を処理する方法および関連するライダーシステム
US8947647B2 (en) Range-resolved vibration using large time-bandwidth product LADAR waveforms
RU2709626C1 (ru) Способ определения скорости объекта в доплеровской радиолокации
US10261187B2 (en) Optical phasograms for LADAR vibrometry
US7239983B2 (en) System and method for measuring characteristics of continuous media and/or localized targets using at least one multi-frequency sensor
Vierinen et al. Coded continuous wave meteor radar
Dillard Recursive computation of the generalized Q function
US20220252697A1 (en) Radar device
US10782391B2 (en) Processing received radiation reflected from a target
JP2015148577A (ja) 電波センサおよび検知方法
Virtanen et al. Lag profile inversion method for EISCAT data analysis
Malofeev et al. Detection of radio emission from the AXP 4U 0142+ 61
RU2584496C1 (ru) Радиоволновое устройство для тревожной сигнализации с непрерывным излучением частотно-модулированных колебаний
JP5553970B2 (ja) レーダ装置
RU2005103725A (ru) Способ измерения дальности в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях
RU2515419C1 (ru) Способ измерения изменения курсового угла движения источника зондирующих сигналов
Virtanen et al. Phase-coded pulse aperiodic transmitter coding
RU2654215C1 (ru) Способ измерения расстояния радиодальномером с частотной модуляцией
Katsibas et al. Signal processing for a laser based air data system in commercial aircrafts
RU2632564C1 (ru) Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления
Yu et al. Detection performance analysis of small target under clutter based on LFMCW radar
RU2236024C1 (ru) Способ определения малых высот и рентгеновский высотомер для его осуществления
RU2127890C1 (ru) Способ обнаружения движущегося объекта в океане
RU2723987C1 (ru) Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления
RU2574079C1 (ru) Способ однозначного измерения радиальной скорости цели в когерентно-импульсной радиолокационной станции