RU2738249C1 - Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system - Google Patents
Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738249C1 RU2738249C1 RU2019133188A RU2019133188A RU2738249C1 RU 2738249 C1 RU2738249 C1 RU 2738249C1 RU 2019133188 A RU2019133188 A RU 2019133188A RU 2019133188 A RU2019133188 A RU 2019133188A RU 2738249 C1 RU2738249 C1 RU 2738249C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- radar
- signal
- output
- reflected
- 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
- G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
- G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
- G01S13/78—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted discriminating between different kinds of targets, e.g. IFF-radar, i.e. identification of friend or foe
-
- 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
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- 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
- G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
-
- 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
- G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
- G01S7/4052—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes
Abstract
Description
Изобретения относятся к области радиолокации, в частности, к радиолокационным средствам измерения параметров относительного движения космических аппаратов (КА) и могут быть использованы при стендовой отработке образца радиолокационной системы (РЛС) для:The inventions relate to the field of radar, in particular, to radar devices for measuring the parameters of the relative motion of spacecraft (SC) and can be used for bench testing of a radar system (radar) sample for:
1) построения модели отраженного сигнала и проведения моделирования с целью априорного определения качества работы выбранных алгоритмов оценки радиолокационного рельефа яркости (РРЯ), порожденного многоточечной целью;1) building a model of the reflected signal and carrying out modeling in order to a priori determine the quality of the selected algorithms for assessing the radar brightness relief (RRL) generated by a multipoint target;
2) синтеза основного оптимального алгоритма обработки принимаемого сигнала при работе РЛС;2) synthesis of the main optimal algorithm for processing the received signal during the operation of the radar;
3) построения тестового сигнала для оценки характеристик аппаратуры РЛС при формировании на входе приемного устройства сигналов, имитирующих отраженные сигналы от яркостного рельефа протяженной цели, имеющей различные характеристики;3) constructing a test signal for assessing the characteristics of the radar equipment when generating signals at the input of the receiving device that simulate the reflected signals from the brightness relief of an extended target having different characteristics;
4) оценки качества передачи РРЯ реальной аппаратурой РЛС и введения показателя качества (количественный признак) оценки точности воспроизведения радиолокационного рельефа пассивного космического объекта, позволяющего проводить содержательное сравнение как качества различных алгоритмов обработки, так и определять наиболее эффективные количественные характеристики параметров самих алгоритмов. Такое представление модели сигнала позволяет провести сравнение с другими алгоритмами по оценке работы алгоритмов на один и тот же входной сигнал для различных весовых функций. Причем в виде оценки качества можно взять вид отклика на модель входного сигнала по его виду или параметрам;4) assessing the quality of the transmission of RRL by real radar equipment and introducing a quality indicator (quantitative feature) for assessing the accuracy of reproduction of the radar relief of a passive space object, which allows for a meaningful comparison of both the quality of various processing algorithms and determine the most effective quantitative characteristics of the parameters of the algorithms themselves. Such a representation of the signal model allows comparison with other algorithms for evaluating the performance of algorithms for the same input signal for different weight functions. Moreover, in the form of quality assessment, you can take the form of a response to the input signal model by its type or parameters;
5) проведения указанных выше операций без оценки статистического распределения параметров множества мешающих отражений.5) carrying out the above operations without evaluating the statistical distribution of the parameters of the set of interfering reflections.
В известной литературе [1] стр. 147-243, [2] 233-250, [3] стр. 26-56, [4] стр. 81-108, [5] стр. 109-130 рассматриваются ПВ сигналы, отраженные от элементарных точечных рассеивателей, или, в крайнем случае, сигналы, попадающие во временной строб оценки амплитуды сигнала, отраженного от k-ой точки поверхности совместно с множеством других сигналов, отраженных от других точек, рассматриваемых как статистический ансамбль, и описываются характеристиками случайных процессов.In the well-known literature [1] pp. 147-243, [2] 233-250, [3] pp. 26-56, [4] pp. 81-108, [5] pp. 109-130 MF signals reflected from elementary point scatterers, or, in the extreme case, the signals falling into the time gate for estimating the amplitude of the signal reflected from the k-th point of the surface together with many other signals reflected from other points considered as a statistical ensemble, and are described by the characteristics of random processes.
Построенные статистическими методами алгоритмы оценки верны, как это отмечают сами авторы [4], [5], в случае наблюдения объектов с однородной излучающей поверхностью, что существенно снижает эффективность таких алгоритмов при работе по стационарному неизвестному объекту.The estimation algorithms constructed by statistical methods are correct, as the authors themselves note [4], [5], in the case of observing objects with a homogeneous emitting surface, which significantly reduces the efficiency of such algorithms when working on a stationary unknown object.
Основными недостатками предлагаемых способов построения модели отраженного ПВ сигнала являются:The main disadvantages of the proposed methods for constructing a model of the reflected PW signal are:
1) использование во всех случаях комплексной огибающей сигнала только от точечного отражателя;1) use in all cases of a complex envelope of the signal only from a point reflector;
2) неиспользование дополнительной информации о виде отраженных сигналов от точек, попадающих в строб анализа по задержке, при оценке амплитуды от k-ой точки отражения;2) non-use of additional information about the type of reflected signals from points that fall into the analysis gate by delay, when assessing the amplitude from the k-th reflection point;
3) неучитывание очевидного факта, что комплексная огибающая отраженных сигналов формируется всеми сигналами, отраженными от различных точек поверхности, что приводит к приблизительности использования автокорреляционной модели при синтезировании фильтра обработки;3) disregard of the obvious fact that the complex envelope of the reflected signals is formed by all signals reflected from different points of the surface, which leads to the approximate use of the autocorrelation model when synthesizing the processing filter;
4) использование автокорреляционной модели (или функции неопределенности в этом случае) не позволяет достаточно убедительно проводить как сравнение различных алгоритмов обработки принимаемых сигналов (например, по критерию максимального разрешения при использовании одинаковых сигналов), так и определять наиболее оптимальные параметры (частота квантования, частота девиации, длительность импульса) самого алгоритма.4) the use of the autocorrelation model (or the uncertainty function in this case) does not allow sufficiently convincingly to carry out both a comparison of various algorithms for processing received signals (for example, by the criterion of maximum resolution when using the same signals), and to determine the most optimal parameters (quantization frequency, deviation frequency , pulse duration) of the algorithm itself.
Наиболее близким к предлагаемому способу построения отраженных ПВ сигналов является способ формирования модели ПВ сигналов, приведенный в литературе [1] и [2], где канал формирования комплексного отклика на многоточечную цель можно реализовать в виде последовательного соединения канала согласованного приема и звена с передаточной корректирующей характеристикой, определяемой характеристикой помеховых сигналов. Недостатком такого способа формирования ПВ сигнала является тот факт, что выходной сигнал первого звена (с согласованного устройства) может быть существенно искажен.The closest to the proposed method for constructing reflected PW signals is the method of forming a model of PW signals given in the literature [1] and [2], where the channel for forming a complex response to a multipoint target can be implemented in the form of a serial connection of a matched reception channel and a link with a transfer correcting characteristic determined by the characteristic of the interference signals. The disadvantage of this method of forming the PW signal is the fact that the output signal of the first link (from the matched device) can be significantly distorted.
В предлагаемом изобретении весовая функция для входного сигнала синтезируется в вычислительном устройстве (блоке формирования принимаемых ПВ сигналов), которая теоретически позволяет получить максимальное отношение с/ш по полезному сигналу и нулевой отклик по всем возможным сигналам переотражения.In the proposed invention, the weighting function for the input signal is synthesized in a computing device (a unit for generating received PW signals), which theoretically makes it possible to obtain the maximum SNR for the useful signal and zero response for all possible re-reflection signals.
Предлагаемый способ построения отраженных ПВ сигналов позволяет не только оптимизировать алгоритмы обработки в РЛС для любых видов переотражений, но и определить технические характеристики самих алгоритмов (частота излучения, частота девиации, частота квантования), а также провести моделирование с оценкой качества работы предлагаемого алгоритма.The proposed method for constructing reflected PW signals makes it possible not only to optimize the processing algorithms in the radar for any types of re-reflections, but also to determine the technical characteristics of the algorithms themselves (radiation frequency, deviation frequency, quantization frequency), as well as to carry out modeling with an assessment of the quality of the proposed algorithm.
Такое представление модели сигнала позволяет провести сравнение с другими алгоритмами по оценке работы алгоритмов на один и тот же входной сигнал для различных весовых функций. Причем в виде оценки качества можно взять вид отклика на модель входного сигнала по его виду или параметрам.Such a representation of the signal model allows comparison with other algorithms for evaluating the performance of algorithms for the same input signal for different weight functions. Moreover, in the form of quality assessment, one can take the form of the response to the model of the input signal by its type or parameters.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения в условиях помех переотражения и, как следствие, снижение аварийности работы систем измерения параметров относительного движения КА.The technical result of the proposed invention is to improve the measurement accuracy in conditions of re-reflection interference and, as a consequence, to reduce the accident rate of the systems for measuring the parameters of the relative motion of the spacecraft.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе формирования принимаемого пространственно-временного сигнала, отраженного от наблюдаемой многоточечной цели при работе радиолокационной системы, отраженные ПВ сигналы, отображающие по задержке произвольный рельеф радиолокационной яркости, формируют с помощью вычислительного устройства (ВУ) в виде матрицы комплексных чисел, каждая строка которой обозначает отсчеты ПВ сигнала, отраженного от одной точки и имеющего неизвестные амплитуду и начальную фазу, так, что все члены матрицы представляют собой различные комплексные числа, соответствующие наблюдаемым отраженным сигналам в пределах строба, равного длительности излучаемого сигнала, а передаваемый радиолокационной системе ПВ сигнал при этом представляют как сумму всех строк матрицы, относящихся к каждой наблюдаемой точке многоточечной цели, которая и определяет наблюдаемый радиолокационный рельеф. Далее передаваемый цифровой сигнал переносят на несущую частоту и излучают передающей антенной, принятый приемной антенной РЛС сигнал переводят в цифровую форму и обрабатывают в ВУ.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method of forming the received spatio-temporal signal reflected from the observed multipoint target during the operation of the radar system, the reflected PW signals displaying an arbitrary relief of the radar brightness by delay are formed using a computing device (VU) in the form of a matrix complex numbers, each line of which denotes the counts of the PW signal reflected from one point and having unknown amplitude and initial phase, so that all members of the matrix are different complex numbers corresponding to the observed reflected signals within the strobe equal to the duration of the emitted signal, and the transmitted In this case, the signal for the PW radar system is represented as the sum of all the rows of the matrix related to each observed point of the multipoint target, which determines the observed radar relief. Then the transmitted digital signal is transferred to the carrier frequency and emitted by the transmitting antenna, the signal received by the receiving antenna of the radar is converted into digital form and processed in the WU.
Для достижения названного технического результата предлагается стенд, имитирующий тестовые пространственно-временные сигналы, отраженные от наблюдаемой многоточечной цели, для отработки образца радиолокационной системы, который содержит вычислительное устройство (ВУ), выполненное с возможностью формирования матриц, строки которых представляют собой числовые комплексные векторы, имитирующие как полезный сигнал, так и все мешающие сигналы, складываемые как отсчеты комплексных чисел по всем столбцам матрицы, и представления полученной таким образом суммы в виде квадратурной цифровой последовательности.To achieve the named technical result, a stand is proposed that simulates test space-time signals reflected from an observed multipoint target, for testing a sample of a radar system, which contains a computing device (VU), made with the possibility of forming matrices, the rows of which are numerical complex vectors that simulate both the useful signal and all interfering signals, added as samples of complex numbers across all columns of the matrix, and representing the sum thus obtained in the form of a quadrature digital sequence.
Первый выход ВУ через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) в виде двух аналоговых квадратурных составляющих соединен с первым входом квадратурного модулятора, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого через передающую и приемную антенны по радиоканалу соединен с входом «модели отраженного ПВ сигнала» РЛС. Радиолокационная система содержит последовательно соединенные приемное устройство, вход «модели отраженного ПВ сигнала» которого соединен с одноименным входом РЛС, и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого соединен с выходом РЛС и первым входом ВУ, второй выход которого является выходом стенда. Третий выход ВУ соединен с входом «управления режимом работы РЛС» радиолокационной системы, соединенным с одноименным входом приемного устройства. Стенд также содержит генератор ВЧ, выход которого соединен со вторым входом квадратурного модулятора и входом «немодулированного ВЧ сигнала» РЛС, соединенным с одноименным входом приемного устройства. Второй вход ВУ является входом стенда.The first output of the VU through a digital-to-analog converter (DAC) in the form of two analog quadrature components is connected to the first input of the quadrature modulator, the output of which is connected to the input of the amplifier, the output of which is via the transmitting and receiving antennas via the radio channel is connected to the input of the "reflected MW signal model" of the radar ... The radar system contains a serially connected receiver, the input of the "reflected MW signal model" which is connected to the same input of the radar, and an analog-to-digital converter (ADC), the output of which is connected to the output of the radar and the first input of the VU, the second output of which is the output of the stand The third output of the VU is connected to the input "control of the operating mode of the radar" of the radar system, connected to the input of the same name of the receiving device. The stand also contains an RF generator, the output of which is connected to the second input of the quadrature modulator and the input of the "unmodulated RF signal" of the radar, connected to the input of the same name of the receiving device. The second entrance of the VU is the stand entrance.
Вычислительное устройство содержит имитатор картины наблюдения, выход которого соединен с первым входом блока формирования различных излучаемых сигналов с параметрами fн, τимп, fдев, fкв, второй вход которого соединен со вторым входом ВУ, а выход соединен с первым выходом ВУ, а также блок формирования принимаемых ПВ сигналов, вход которого соединен с первым входом ВУ, а выход - со вторым выходом ВУ.The computing device contains a simulator of the observation pattern, the output of which is connected to the first input of the unit for forming various emitted signals with the parameters f n , τ imp , f dev , f kv , the second input of which is connected to the second input of the WU, and the output is connected to the first output of the WU, and also a block for the formation of received PV signals, the input of which is connected to the first input of the WU, and the output - to the second output of the WU.
Предлагаемый способ построения модели ПВ сигнала учитывает основные мешающие сигналы в принимаемом сигнале РЛС, позволяет проводить синтез и анализ оптимальных алгоритмов работы РЛС, а также решает много других вопросов, связанных с многосигнальной ситуацией по смыслу задачи. Структура принимаемых сигналов в этом множестве априори известна и задается видом излучаемого сигнала по дальностной координате. Например, при излучении ЛЧМ-импульсного сигнала структура мешающих сигналов представляется как множество линейно-частотно модулированных сигналов, определяемых одними и теми же величинами длительности импульса и частотами девиации и квантования.The proposed method for constructing a PW signal model takes into account the main interfering signals in the received radar signal, allows the synthesis and analysis of optimal algorithms for the operation of the radar, and also solves many other issues related to the multi-signal situation in the sense of the problem. The structure of the received signals in this set is a priori known and is set by the type of the emitted signal along the long-range coordinate. For example, when a chirp pulse is emitted, the structure of interfering signals is represented as a set of linear frequency modulated signals determined by the same values of the pulse duration and frequencies of deviation and quantization.
Модель излучаемого ЛЧМ сигнала: 
где α - амплитуда изучаемого сигнала,where α is the amplitude of the studied signal,
ω0 - несущая частота сигнала,ω 0 - carrier frequency of the signal,
FДЕВ - частота девиации,F DEV - frequency of deviation,
τИМП - длительность импульса.τ IMP - pulse duration.
Эквивалентное комплексное представление имеет вид:The equivalent complex representation is:
С учетом наличия в канале обработки приемника квадратурного детектора, а также с учетом использования цифровой обработки модель излучаемого сигнала может быть представлена вектором с комплексными координатами по месту квантования 
Модель принимаемого сигнала может быть представлена в виде аддитивной смеси полезного сигнала, его отражений и шума:The model of the received signal can be represented as an additive mixture of the useful signal, its reflections and noise:
В этом выражении первое слагаемое можно считать полезным сигналом, второе - помехой (мешающие сигналы), третье - шумом. Видно, что в общем случае принимаемый сигнал нельзя представлять сигналом, отраженным от одной точки, и помимо полезного сигнала на вход приемника поступают помехи и шумы. Известно, что согласованный фильтр является оптимальным приемником лишь в случаях, когда аддитивные помехи, типа белого шума, превалируют над мешающими отражениями. Если же уровень последних относительно велик, структуры оптимального сигнала и оптимального приемника будут более сложными и существенно зависят от конкретной обстановки. Необходимая априорная информация конкретной обстановки предполагает знание взаимного расположения полезных и мешающих отражателей по месту и времени, уровень и характер помех. Практический опыт и теоретические исследования, приведенные в существующей литературе, показывают, что все эти сигналы представляют линейную комбинацию, и оптимальный приемник может быть описан операцией интегрирования произведения приходящего сигнала и весовой функции, отличной от согласованной фильтрации (несогласованная фильтрация) [6].In this expression, the first term can be considered a useful signal, the second as interference (interfering signals), and the third as noise. It can be seen that, in the general case, the received signal cannot be represented by a signal reflected from one point, and in addition to the useful signal, interference and noise arrive at the receiver input. It is known that a matched filter is an optimal receiver only when additive interference, such as white noise, prevails over interfering reflections. If the level of the latter is relatively high, the structures of the optimal signal and optimal receiver will be more complex and significantly depend on the specific situation. The necessary a priori information of a specific situation assumes knowledge of the relative position of useful and interfering reflectors in place and time, the level and nature of the interference. Practical experience and theoretical studies given in the existing literature show that all these signals represent a linear combination, and the optimal receiver can be described by the operation of integrating the product of the incoming signal and a weight function other than matched filtering (unmatched filtering) [6].
В этом случае задача синтеза может быть решена как задача разрешения сигнала 
В этом случае можно построить оптимальную опорную функцию (оптимальный фильтр), используя критерий получения максимума отклика фильтра на полезный сигнал при подавлении всех мешающих сигналов 
В предлагаемом способе проквантованные по времени и амплитуде отраженные сигналы представляются в виде матрицы комплексных чисел. Строки такой матрицы являются разными сигналами, отраженными от различных точек наблюдаемого объекта и образующими на выходе РЛС рельефное изображение по задержке, которое должно соответствовать р/л яркостному рельефу наблюдаемого объекта.In the proposed method, reflected signals quantized in time and amplitude are presented in the form of a matrix of complex numbers. The rows of such a matrix are different signals reflected from different points of the observed object and forming a relief image at the output of the radar with respect to the delay, which should correspond to the r / l brightness relief of the observed object.
Можно считать, что каждая такая строка является комплексным вектором в естественном базисе линейного пространства. Точная оценка амплитуды этого вектора невозможна без учета влияния всех сопутствующих сигналов, попадающих во временной строб длительности излучаемого импульса.We can assume that each such row is a complex vector in the natural basis of the linear space. An accurate assessment of the amplitude of this vector is impossible without taking into account the influence of all accompanying signals falling into the time gate of the duration of the emitted pulse.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются рисунками и чертежами, представленными на фигурах 1-5, на которых изображены:The proposed inventions are illustrated by drawings and drawings presented in figures 1-5, which depict:
на фиг. 1 - структура построения модели принимаемого ПВ сигнала:in fig. 1 - the structure of building a model of the received PW signal:
а) - яркостной рельеф наблюдаемой картины;a) - brightness relief of the observed pattern;
б) - амплитуды точек изображения яркостного рельефа, соответствующего наблюдаемой картине;b) - the amplitudes of the points of the image of the brightness relief corresponding to the observed picture;
в) - вид отраженного комплексного сигнала на выходе квадратурного модулятора;c) - the type of the reflected complex signal at the output of the quadrature modulator;
на фиг. 2 - модель формирования матрицы принимаемого сигнала для различных дальностей сближаемых объектов;in fig. 2 - model of formation of the matrix of the received signal for different distances of approaching objects;
на фиг. 3 - математическая модель отраженного сигнала от точки К;in fig. 3 - mathematical model of the reflected signal from point K;
на фиг. 4 - совокупность матриц для множества принимаемых сигналов;in fig. 4 - a set of matrices for a plurality of received signals;
на фиг. 5 - структурная схема стенда.in fig. 5 is a block diagram of the stand.
Рассмотрим фиг. 1а). На определенных расстояниях расположены участки отражающей поверхности, имеющие различные эффективные площади рассеяния (ЭПР, размерность - м2); по горизонтальной оси показаны расстояния между этими участками (размерность - м).Consider FIG. 1a). At certain distances, there are areas of the reflecting surface that have different effective scattering areas (EPR, dimension - m 2 ); the horizontal axis shows the distances between these sections (dimension - m).
На фиг. 1б) показаны амплитуды точек эталонного (сплошная линия) и произвольного (пунктирная линия) изображения (размерность - В), соответствующего наблюдаемой картине (фиг. 1а).FIG. 1b) shows the amplitudes of the points of the reference (solid line) and arbitrary (dashed line) images (dimension - B) corresponding to the observed pattern (Fig. 1a).
На фиг. 1в) представлен вид отраженного комплексного сигнала на выходе квадратурного модулятора. Для восстановления с наименьшей погрешностью наблюдаемого р/л рельефа яркости необходимо рассматривать матрицу сигналов, в которую входит помимо сигнала, для которого в данный момент оценивается амплитуда и фаза, еще n-е количество «урезанных» в пределах строба мешающих сигналов (вектора строки матрицы, расположенные вверху и внизу, - это сигналы, отраженные от точек, лежащих ближе и дальше по времени). И сигнал, отраженный от протяженной точечной цели, может быть представлен как последовательность таких матриц для каждой точки, описывающих всю протяженную цель (см. фиг. 2).FIG. 1c) shows the form of the reflected complex signal at the output of the quadrature modulator. To restore the observed p / l brightness relief with the smallest error, it is necessary to consider the matrix of signals, which includes, in addition to the signal for which the amplitude and phase are currently being estimated, the n-th number of interfering signals "cut off" within the strobe (the vector of the matrix row, located above and below are signals reflected from points lying closer and further in time). And the signal reflected from an extended point target can be represented as a sequence of such matrices for each point, describing the entire extended target (see Fig. 2).
При неизвестности амплитуд и начальных фаз каждого из сигналов, отраженных от точек поверхности и попадающих в строб оценки амплитуды сигнала, отраженного от любой точки, можно видеть, что все эти матрицы по структуре одинаковы. Таким образом, для поиска оптимального фильтра достаточно рассмотреть только одну матрицу, которая определяется только структурой излучаемого сигнала.If the amplitudes and initial phases of each of the signals reflected from the points of the surface and entering the gate for estimating the amplitude of the signal reflected from any point are unknown, it can be seen that all these matrices are identical in structure. Thus, to search for the optimal filter, it is sufficient to consider only one matrix, which is determined only by the structure of the emitted signal.
На фиг. 3 и 4 представлена математическая модель отраженного сигнала от точки К поверхности, где n - количество отсчетов в принимаемом импульсном сигнале, αi - неизвестная амплитуда отраженного сигнала, является постоянной величиной для каждой фиксированной точки.FIG. 3 and 4 show the mathematical model of the reflected signal from the point K of the surface, where n is the number of samples in the received pulse signal, α i is the unknown amplitude of the reflected signal, is a constant value for each fixed point.
Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.The proposed method is carried out in the following sequence.
Сначала в вычислительном устройстве в блоке формирования различных излучаемых сигналов во временной области формируют излучаемый сигнал с заданными параметрами fн, τимп, fдев, fкв, в частности, сложный ЛЧМ сигнал (широкополосный с ограниченным спектром), 
Поскольку цель многоточечная, то в блоке формирования различных излучаемых сигналов формируют множество этих сигналов, сдвинутых по времени. Затем с помощью имитатора картины наблюдения сигналы модулируют по амплитуде и фазе. От каждой точки отражения имеем сигнал в виде множества матриц, которые складываются по вертикали для каждой точки (фиг. 3). Получаемый сигнал в виде последовательности чисел передают с выхода вычислительного устройства в ЦАП (фиг. 5), откуда аналоговый сигнал поступает на квадратурный модулятор, на выходе которого имеем высокочастотный сигнал с заданной амплитудой и фазой. Далее через усилитель, передающую и приемную антенны сигнал поступает на вход приемного устройства РЛС. Затем высокочастотный сигнал подают на АЦП, где он демодулируется и принимает цифровой вид. В этот сигнал уже входит шум приемного устройства. Далее цифровой сигнал поступает на вычислительное устройство в блок формирования принимаемых пространственно-временных сигналов, который выделяет сигнал, и на выходе которого получают модель принимаемых пространственно-временных сигналов, представляющих собой временную последовательность комплексных чисел, характеризующих достаточно точно амплитуды сигналов, отраженных от всех точек n, определяемых длительностью импульса и частотой квантования.Since the target is multi-point, a plurality of these signals, shifted in time, are generated in the unit for generating various emitted signals. Then, using the observation pattern simulator, the signals are modulated in amplitude and phase. From each point of reflection we have a signal in the form of a set of matrices, which are added vertically for each point (Fig. 3). The received signal in the form of a sequence of numbers is transmitted from the output of the computing device to the DAC (Fig. 5), from where the analog signal is fed to the quadrature modulator, at the output of which we have a high-frequency signal with a given amplitude and phase. Further, through the amplifier, transmitting and receiving antennas, the signal enters the input of the radar receiver. The high frequency signal is then fed to an ADC, where it is demodulated and digitalized. This signal already includes the noise of the receiving device. Next, the digital signal is fed to the computing device in the unit for generating the received space-time signals, which selects the signal, and at the output of which a model of the received space-time signals is obtained, which is a time sequence of complex numbers characterizing quite accurately the amplitudes of the signals reflected from all points n determined by the pulse duration and quantization frequency.
Предлагаемое устройство (стенд, имитирующий тестовые пространственно-временные сигналы, отраженные от наблюдаемой многоточечной цели, для отработки образца радиолокационной системы) содержит (фиг. 5) вычислительное устройство (1), первый выход которого через цифро-аналоговый преобразователь (2) в виде двух аналоговых квадратурных составляющих соединен с первым входом квадратурного модулятора (3), выход которого соединен с входом усилителя (4), выход которого через передающую (5) и приемную (6) антенны по радиоканалу соединен с входом «модели отраженного ПВ сигнала» радиолокационной системы (7). РЛС (7) содержит последовательно соединенные приемное устройство (8), вход «модели отраженного ПВ сигнала» которого соединен с одноименным входом РЛС (7), и аналого-цифровой преобразователь (9), выход которого соединен с выходом РЛС (7) и первым входом ВУ (1). Второй выход ВУ (1) является выходом стенда, третий выход ВУ (1) соединен с входом «управления режимом работы РЛС» радиолокационной системы (7), соединенным с одноименным входом приемного устройства (8). Стенд также содержит генератор ВЧ (10), выход которого соединен со вторым входом квадратурного модулятора (3) и входом «немодулированного ВЧ сигнала» РЛС (7), соединенным с одноименным входом приемного устройства (8). Второй вход ВУ (1) является входом стенда.The proposed device (a stand simulating test space-time signals reflected from the observed multi-point target for testing a sample of the radar system) contains (Fig. 5) a computing device (1), the first output of which through a digital-to-analog converter (2) in the form of two analog quadrature components is connected to the first input of the quadrature modulator (3), the output of which is connected to the input of the amplifier (4), the output of which is via the transmitting (5) and receiving (6) antennas via the radio channel is connected to the input of the "reflected MW signal model" of the radar system ( 7). The radar (7) contains a series-connected receiving device (8), the input of the "reflected PV signal model" of which is connected to the radar input of the same name (7), and an analog-to-digital converter (9), the output of which is connected to the radar output (7) and the first input VU (1). The second output of the VU (1) is the output of the stand, the third output of the VU (1) is connected to the input "control of the operating mode of the radar system" of the radar system (7), connected to the input of the same name of the receiving device (8). The stand also contains an RF generator (10), the output of which is connected to the second input of the quadrature modulator (3) and the input of the “unmodulated RF signal” of the radar (7), connected to the same input of the receiving device (8). The second entrance VU (1) is the entrance of the stand.
Вычислительное устройство (1) содержит имитатор картины наблюдения, выход которого соединен с первым входом блока формирования различных излучаемых сигналов, второй вход которого соединен со вторым входом ВУ (1), а выход соединен с первым выходом ВУ (1), а также блок формирования принимаемых пространственно-временных сигналов, вход которого соединен с первым входом ВУ (1), а выход - со вторым выходом ВУ (1).The computing device (1) contains a simulator of the observation pattern, the output of which is connected to the first input of the unit for the formation of various emitted signals, the second input of which is connected to the second input of the WU (1), and the output is connected to the first output of the WU (1), as well as the unit for forming the received space-time signals, the input of which is connected to the first input of the WA (1), and the output is connected to the second output of the WU (1).
Стенд работает следующим образом.The stand works as follows.
Тестовый цифровой сигнал, сформированный в вычислительном устройстве (1) (с помощью имитатора картины наблюдения и блока формирования различных излучаемых сигналов) в виде последовательности чисел, передают с выхода вычислительного устройства (1) в ЦАП (2), откуда аналоговый сигнал в виде двух аналоговых квадратурных составляющих поступает на вход квадратурного модулятора (3), на выходе которого получают сигнал с заданной амплитудой и фазой, который через усилитель (4), передающую (5) и приемную (6) антенны по радиоканалу поступает в приемное устройство (8) РЛС (7). Затем высокочастотный сигнал подают на АЦП (9), где он демодулируется и оцифровывается. Далее цифровой сигнал поступает в блок формирования принимаемых пространственно-временных сигналов вычислительного устройства (1), который выделяет сигнал, и на втором выходе ВУ (1) получают модель принимаемых пространственно-временных сигналов, представляющих собой временную последовательность комплексных чисел, характеризующих достаточно точно амплитуды сигналов, отраженных от всех точек n, определяемых длительностью импульса и частотой квантования.The test digital signal generated in the computing device (1) (using a simulator of the observation pattern and the unit for generating various emitted signals) in the form of a sequence of numbers is transmitted from the output of the computing device (1) to the DAC (2), from where the analog signal in the form of two analog of the quadrature components is fed to the input of the quadrature modulator (3), at the output of which a signal with a given amplitude and phase is received, which through an amplifier (4), transmitting (5) and receiving (6) antennas via a radio channel enters the receiving device (8) of the radar ( 7). Then the high-frequency signal is fed to the ADC (9), where it is demodulated and digitized. Next, the digital signal enters the block for generating the received space-time signals of the computing device (1), which selects the signal, and at the second output of the WA (1), a model of the received space-time signals is obtained, which is a time sequence of complex numbers characterizing rather accurately the signal amplitudes reflected from all points n, determined by the pulse duration and quantization frequency.
Получение таких результатов стало возможным благодаря появлению высокоэффективной вычислительной техники, что позволило, в частности, при нахождении алгоритма обработки обойтись одной временной областью без перехода в частотную область.Obtaining such results became possible due to the emergence of highly efficient computing technology, which made it possible, in particular, when finding a processing algorithm, to do with one time domain without going to the frequency domain.
ЛитератураLiterature
1. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. М: «Советское радио», 1971 г.1. Cook Ch., Bernfeld M. Radar signals. M: "Soviet Radio", 1971
2. Фалькович С.Е., Пономарев В.И., Шкварко Ю.В. Оптимальный прием пространственно-временных сигналов в радиоканалах с рассеянием. М.: Радио и связь, 1989 г.2. Falkovich SE, Ponomarev VI, Shkvarko Yu.V. Optimal reception of spatio-temporal signals in radio channels with scattering. M .: Radio and communication, 1989
3. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. М.: Радиотехника, 2005.3. Kondratenkov G.S., Frolov A.Yu. Radio imaging. M .: Radiotekhnika, 2005.
4. Радиолокационные системы воздушной разведки, дешифрование радиолокационных изображений. Под ред. Школьного Л.А. Издание ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008 г.4. Air reconnaissance radar systems, decryption of radar images. Ed. Shkolnogo L.A. Edition of the VVIA them. prof. NOT. Zhukovsky, 2008
5. Ian G.Gumming, Frank Н. Wong. Digital processing of Synthetic Aperture Radar Data. - 2005 Artech House Boston/London.5. Ian G. Gumming, Frank H. Wong. Digital processing of Synthetic Aperture Radar Data. - 2005 Artech House Boston / London.
6. Ширман Я.Д., Манжос B.H. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М: Радио и связь, 1981 г.6. Shirman Y.D., Manzhos B.H. Theory and technique of processing radar information against the background of interference. M: Radio and communication, 1981
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019133188A RU2738249C1 (en) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019133188A RU2738249C1 (en) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2738249C1 true RU2738249C1 (en) | 2020-12-11 |
Family
ID=73834805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019133188A RU2738249C1 (en) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2738249C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758591C1 (en) * | 2020-12-21 | 2021-11-01 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный ордена Жукова университет радиоэлектроники" Министерства обороны Российской Федерации (ФГКВОУВО "Военный ордена Жукова университет радиоэлектроники" МО РФ) | Device for simulating a radio-electronic situation |
| RU2815439C1 (en) * | 2022-09-30 | 2024-03-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Method of simulating radar reflections from extended targets |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5892479A (en) * | 1997-07-30 | 1999-04-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Electromagnetic target generator |
| KR20000017043A (en) * | 1998-08-04 | 2000-03-25 | 요코미조 히로시 | Three-dimensional radar apparatus and method for displaying three-dimensional radar image |
| US6563451B1 (en) * | 2002-01-16 | 2003-05-13 | Raytheon Company | Radar imaging system and method |
| US7688248B2 (en) * | 2006-08-31 | 2010-03-30 | Sierra Nevada Corporation | System and method for 3D radar image rendering |
| RU2407034C9 (en) * | 2009-04-10 | 2011-04-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Method of resolving group target |
| RU124820U1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-02-10 | Закрытое акционерное общество "Электронно-вычислительные информационные и инструментальные системы" | SYSTEM AND METHOD OF THREE-DIMENSIONAL VISUALIZATION OF A BRIGHT RADAR RADAR CARD OF A LOCATION |
| RU2482510C1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-05-20 | Марина Витальевна Самойленко | Method of determining reflection characteristics and coordinates of volume elements of extended object during ultra-wideband probing thereof |
| RU2513122C2 (en) * | 2012-06-01 | 2014-04-20 | Закрытое акционерное общество "Электронно-вычислительные информационные и инструментальные системы" | System and method for three-dimensional imaging of brightness radar map |
| US8704705B2 (en) * | 2011-03-16 | 2014-04-22 | Src, Inc. | Radar apparatus calibration via individual radar components |
| RU2539558C1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of forming three-dimensional image of earth's surface and air environment using antenna array |
| RU2673679C1 (en) * | 2017-10-17 | 2018-11-29 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Pulse-doppler radar signals digital processing device with targets by distance migration compensation |
| RU189247U1 (en) * | 2019-02-21 | 2019-05-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS |
-
2019
- 2019-10-18 RU RU2019133188A patent/RU2738249C1/en active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5892479A (en) * | 1997-07-30 | 1999-04-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Electromagnetic target generator |
| KR20000017043A (en) * | 1998-08-04 | 2000-03-25 | 요코미조 히로시 | Three-dimensional radar apparatus and method for displaying three-dimensional radar image |
| US6563451B1 (en) * | 2002-01-16 | 2003-05-13 | Raytheon Company | Radar imaging system and method |
| US7688248B2 (en) * | 2006-08-31 | 2010-03-30 | Sierra Nevada Corporation | System and method for 3D radar image rendering |
| RU2407034C9 (en) * | 2009-04-10 | 2011-04-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Method of resolving group target |
| US8704705B2 (en) * | 2011-03-16 | 2014-04-22 | Src, Inc. | Radar apparatus calibration via individual radar components |
| RU2482510C1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-05-20 | Марина Витальевна Самойленко | Method of determining reflection characteristics and coordinates of volume elements of extended object during ultra-wideband probing thereof |
| RU124820U1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-02-10 | Закрытое акционерное общество "Электронно-вычислительные информационные и инструментальные системы" | SYSTEM AND METHOD OF THREE-DIMENSIONAL VISUALIZATION OF A BRIGHT RADAR RADAR CARD OF A LOCATION |
| RU2513122C2 (en) * | 2012-06-01 | 2014-04-20 | Закрытое акционерное общество "Электронно-вычислительные информационные и инструментальные системы" | System and method for three-dimensional imaging of brightness radar map |
| RU2539558C1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of forming three-dimensional image of earth's surface and air environment using antenna array |
| RU2673679C1 (en) * | 2017-10-17 | 2018-11-29 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Pulse-doppler radar signals digital processing device with targets by distance migration compensation |
| RU189247U1 (en) * | 2019-02-21 | 2019-05-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758591C1 (en) * | 2020-12-21 | 2021-11-01 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный ордена Жукова университет радиоэлектроники" Министерства обороны Российской Федерации (ФГКВОУВО "Военный ордена Жукова университет радиоэлектроники" МО РФ) | Device for simulating a radio-electronic situation |
| RU2815439C1 (en) * | 2022-09-30 | 2024-03-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Method of simulating radar reflections from extended targets |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Earl et al. | The frequency management system of the Jindalee over-the-horizon backscatter HF radar | |
| TW201546474A (en) | Radar operation with increased doppler capability | |
| CN109870687A (en) | A kind of image processing method for relatively prime sampling satellite-borne SAR | |
| CN112379342B (en) | Echo simulation and echo characteristic parameter precision estimation method for satellite-borne cloud detection radar | |
| Fridman et al. | Inversion of backscatter ionograms and TEC data for over-the-horizon radar | |
| RU189247U1 (en) | SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS | |
| CN110346794A (en) | A kind of distributed radar imaging method of most optimum distribution of resources | |
| Chau et al. | Empirical phase calibration for multistatic specular meteor radars using a beamforming approach | |
| JPH0312711B2 (en) | ||
| Byrd et al. | A weather radar simulator for the evaluation of polarimetric phased array performance | |
| RU2738249C1 (en) | Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system | |
| RU2530544C1 (en) | Method for simulation of signal reflected from ground surface in real beam mapping mode | |
| Laske et al. | Frequency-dependent polarization measurements of long-period surface waves and their implications for global phase-velocity maps | |
| RU2568899C2 (en) | Radar target simulator when probing with primarily long signals | |
| Bokov et al. | Development and evaluation of the universal DRFM-based simulator of radar targets | |
| Berngardt et al. | ISTP SB RAS DECAMETER RADARS | |
| RU2660676C1 (en) | Doppler measurement of aircraft speed | |
| Nai et al. | Adaptive beamspace processing for phased-array weather radars | |
| Lind et al. | Intercepted signals for ionospheric science | |
| RU2309425C2 (en) | Method of forming calibration data for radio direction finder/ range finder (versions) | |
| RU186130U1 (en) | MULTIFUNCTIONAL RADAR TARGET SIMULATOR | |
| Figueroa et al. | A fully modular, distributed FMCW MIMO radar system with a flexible baseband frequency | |
| RU2668566C2 (en) | One-position multiplicative difference-relative method for determining of radio frequencies sources location coordinates | |
| Bokov et al. | Retransmitting DRFM Simulator for Correlation Radar with Two Receiving Antennas | |
| Prünte | GMTI on short sequences of pulses with compressed sensing |